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생체막(biomembrane)의 신비
설동근

 

   세포막의 구성은 주로 두 층의 지질로 되어 있으며 그 안에 특이한 단백질들이 함께 결합되어 있는 형태의 이중층 구조를 보여주는데 이러한 이중 지질의 특성은 매우 흥미로운 사실들을 보여주게 된다.

  생물학이란 생명체에 일어나는 현상을 밝혀내는 학문이다. 그러므로 생물학 연구의 출발은 생명체를 구성하는 기본적 구조인 세포의 특성 및 역할을 연구하는 것으로부터 시작된다고 하여도 과언은 아닐 것이다. 이러한 세포는 서로 연관성을 갖으며 아주 정밀하고 정확하게 짜여진 기능을 지니고 있다는 사실이 지금까지 과학적으로 밝혀진 사실이다. 그러나 인간이 지금까지 밝혀낸 이러한 생물학적 현상에 대한 사실들이 전체의 10% 이상을 밝혀낸 것이라고 어느 누가 감히 말할 수 있을 것인가? 그 이유중의 하나는 생명현상에 관한 학문이 깊이 연구되면 될수록, 모든 것들이 서로 연관성을 갖고 복잡하게 이루어져 있어서 그 현상의 실체를 밝혀 내기에는 너무나 많은 요인들이 존재한다는 사실에 접하게 되고, 그래서 이미 밝혀진 현상들은 아마도 커다란 그림의 한 단편적인 부분일 것이라고 생각하게 되기 때문이다. 그럼에도 불구하고 많은 과학자들은 그 동안 얻어진 이러한 단편들의 그림을 짜집기해 보면서 그 근본에 내재된 정밀하고도 계획적인 생물학적 현상에 흥미와 놀라움을 금하지 못하게 된다.

  생명체는 세포로 구성되어 있고 세포는 세포막(membrane), 세포질(cytoplasm), 핵(nucleus) 등 크게 세 부분으로 나누어 볼 수 있겠다. 핵은 DNA, 즉 유전정보를 지니며, 세포질은 각각의 많은 종류의 세포내 소기관(골지체, ER, 마이토콘드리아, Lysosome 등)들을 지니고 있는데 대부분의 생물현상들이 이 세포질 내에서 발생된다. 이러한 두 부분의 세포구획과 함께 세포내 기능과 역할에 주요한 부분을 담당하는 것으로 세포막을 들 수 있는데 이곳 세포막에서는 생화학적 반응이 발생되기도 하며 이 막을 통하여 세포간 물질의 이동 및 신호의 전달이 이루어지고 물리적인 세포의 보호 및 지지가 형성되게 된다. 세포를 구성하는 기본적 거대분자의 세 종류로는 단백질(protein), 지질(lipid), 탄수화물(carbohydrate) 등을 들 수가 있는데 이중 막의 주요 구성성분으로는 지질과 단백질을 들 수 있다. 이런 지질과 단백질의 막에서의 구성비율은 원형질막을 비롯 각 세포내 소기관들에 따라 다르게 나타난다. 일반적인 세포막(원형질막)에서는 단백질이 지질에 묻혀 있는 형태로 지질의 비중이 많게 나타난다. 즉, 세포막의 구성은 주로 두 층의 지질로 되어 있으며 그 안에 특이한 단백질들이 함께 결합되어 있는 형태의 이중층 구조를 보여주는데 이러한 이중 지질의 특성은 매우 흥미로운 사실들을 보여주게 된다.

  세포는 막에 의하여 물리적 보호를 받게 되는데 어느 정도의 유연성(flexibility)을 갖는 막의 성질이 이러한 물리적 보호의 기능을 도와주고 있다. 이러한 막의 유연성은 특히 성장하는 세포나 움직이는 세포의 활동에서 볼 수 있는데, 움직임의 유동이 매우 적으며 세포의 견고성을 보여주는 식물의 세포벽 또는 동물의 표피세포와는 달리 이러한 세포막의 유연성은 다른 면에서 동물세포를 보호하여 주게 된다. 이러한 세포의 유연성은 지질의 특성에서 온다고 볼 수 있다.

  지질은 또 다른 기능들을 지니고 있는데 소수성(hydrophobicity)과 친수성(hydriphilicity)을 지니며 막의 투과성을 조절하게 된다. 지질의 이중막을 형성하는 한 지질분자의 형태는 두 부분-머리와 꼬리-으로 나누어 볼 수 있는데, 이러한 지질의 분자들이 결합하여 이중층을 형성하게 되며 머리부분은 친수성을 꼬리부분은 소수성을 띠게 되고 세포안과 밖으로는 머리부분들이 배열을 하고 이중의 세포막 안으로는 꼬리부분이 일렬로 배열하게 된다. 이러한 형태의 세포막은 일반적으로 포도당(glucose)과 같은 거대분자나 무기이온들(K+, Mg2+, Ca2+), 그리고 전이를 띠는 극성분자인 아미노산같은 물질의 세포막 통과를 억제케 하므로 세포를 외부환경으로부터 보호하여 주며 특이한 세포내 활동에 필요한 물질의 이동을 조절하는데 큰 역할을 담당한다. 즉, 이러한 세포막은 성채를 둘러싸고 있는 담의 역할을 하고 있는데 이러한 담이 이중으로 되어 있으며 유연성을 띠고 있는 것이라 설명하면 좀더 쉽게 이해가 되리라 본다.


 

▲ 세포막(성채)

   <■: 거대분자(포도당, 아미노산 등), 무기이온(K+, Mg+, Ca+ 등)

    ●: 작은분자(H2O, CO2, O2, Ethanol, Urea 등 >

  생체막의 형태를 성채를 구성하는 성벽으로 묘사한다면 성벽의 주요부분은 지질 2중층으로 되어 있고 이러한 성벽들에 성문(gate)들의 존재를 예측할 수가 있다. 앞의 그림에서 보듯이 생체막은 주로 지질과 단백질로 되어 있는데 지질막이 통과시키지 않는 대부분의 물질들은 막의 다른 성분인 단백질들의 복합체를 통하여 이동이 이루어지게 된다. 즉 지질로 이루어진 성벽에 단백질 복합체들로 이루어진 문들이 여러 곳에 위치하는 성채구조를 그려 볼 수 있는 것이다. 사실 생체막에 존재하는 단백질들은 2중층의 지질과 여러 형태로 결합을 하게 되며 물질 통과뿐만 아니라 세포내의 주요한 생화학적 반응의 역할을 담당하고 있는데 첫째는 단백질들이 지질 이중층을 통과하는 형태를 지니며, 둘째는 통과하지 않은 상태로 밖 혹은 안쪽의 지질층에 묻혀 있는 형태를 취하고 있다. 이 중에 지질 이중층을 통과하면서 존재하는 단백질의 복합체들을 우리는 성문(castle gate)이라 생각하면 될 것이다. 이런 단백질들로 형성된 문들은 여러 가지 형태의 구조와 다른 종류의 과정들―촉진확산(facilated diffusion), 능동수송(active transport), ion channel 등등-을 통하여 지질로 이루어진 막을 통과하지 못하는 물질들의 통과를 수행케 한다. 이런 과정 중 확산은 세포내 농도의 균형을 유지하려고 하는 성질로부터의 수송과정이므로 에너지 사용이 없으나 능동수송의 경우 세포내 에너지의 사용이 요구되어진다. 결과적으로 생체막은 주로 지질과 단백질의 결합체로 되어 있으며 이들은 성채를 이루는 성벽 그리고 성문과 같이 세포내 활동을 조절하며 세포를 보호하는 생화학적, 물리적 성질을 지니는 매우 체계적이며 계획적인 구조체제를 지니고 있음을 알게 된다.    

  이러한 일련의 모습에서 우리는 정말로 작은 구조물 안에서의 정확하고도 세밀한 생명현상의 작용 형태를 보게 된다. 물리적인 면에서의 세포막 이중층의 지질특성만을 살펴보더라도 어떻게 그리도 교묘하게 성립되어져 있을까 하는 생각을 갖게 되는 것이다. 이미 밝혀진 사실이라는 것으로 흥미를 잃게되는 것이 과학이지만 막의 이중층이 처음 발견되어졌을 때만 해도 많은 과학자들이 그 경이로움에 흥분을 금치 못했던 것이 사실이다. 단순한 단층의 구조물도 아니고 겹쳐진 이중층도 아닌, 서로 마주보며 안과 밖이 분명히 구분되어지는 이중층의 특성을 지니면서, 그러한 지질의 구획되어진 성격들이 물질의 이동에 관여를 하여 세포내의 물리적, 생화학적 보호를 하고 있는 것이다.

  이미 과학적 사실로 받아들여지고 있는 이러한 사실들―생체막에서의 특이한 구조와 형태는   일반적이고 우연적으로 발생되는 사건의 산출로 보기에는 너무나도 많은 의문을 갖게 하며 모든 것들이 일정한 방향으로 조직적이고 계획적인 설계에 의하여 이루어졌다는 사실을 인식하게 하기에 충분하다. 창조론을 믿는 과학자의 한 사람으로서 이러한 생명현상들을 대할 때마다 그 안에 관여하시는 창조주 하나님의 세밀한 손길을 느끼게 된다.

 

 

*한국창조과학회 자료실/창조의 신비/동물의 신비에 있는 자료들을 참조하세요

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출처 : 기타
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