인지질 이중층의 형성 – Lipid Bilayer

인지질의 양친매적(amphipathic) 특성은 생체 막의 구조를 이루는 데에 매우 중요합니다. 인지질 액이 수용액에 퍼졌을 때 인지질 분자들은 구형의 미셀(micelle)이나 리포좀(liposome), 혹은 편평한 인지질 이중층(phospholipid bilayer)의 형태로 서로 뭉칩니다. 인지질에 의해 형성되는 구조는 온도, 지방산 사슬의 길이나 그 포화 정도 같은 여러 요소에 의해 달라집니다. 3가지 구조 모두 소수성 효과(hydrophobic effect)에 의해 지방산 사슬이 뭉치게 됩니다.

인지질 이중층

미셀은 자연스럽게 생기는 일이 드문데, 그 이유는 지방산 사슬로 채우기엔 미셀의 안쪽이 너무 부피가 크기 때문입니다. 리포좀은 미셀보다 내부 에너지가 낮기 때문에 더 흔하게 생성되는 구조입니다.
하지만, 인지질에 포스포리파아제(phospholipase)를 처리해서 두 개의 지방산 사슬 중 한 개가 가수분해(hydrolysis)로 인해 제거되어 인지질이 리소인지질(lysophospholipid)이 되면, 미셀이 형성됩니다. 흔히 쓰이는 비누나 세제가 수용액에서 미셀을 형성합니다. 미셀들이 수용액에서 작은 구체를 형성하고 있기 때문에 수용액이 미끄러운 느낌이 나고, 윤활유의 성질을 띠게 되는 것이지요.
리포좀은 인지질 이중막이 수용액으로 차있는 중심부를 둘러싼 모습이기 때문에, 주로 나노 크기의 입자를 운반할 때 사용됩니다.

세포막의 구성비와 같은 비율의 인지질을 수용액에 풀어놓으면 자발적으로 두 층(leaflet)으로 이루어진 이중막 구조를 형성합니다. 인지질 분자들의 지방산 사슬들은 물과 닿는 표면적을 최소화 하기 위해서 이중막의 중앙에 3~4nm의 두께로 빼곡히 모여 있습니다. 이렇게 모인 지방산 사슬은 사슬간의 반데르발스 힘(van der Waals interaction)에 의해 안정하게 유지됩니다. 한편, 인지질 분자들의 머리 부분은 인접한 다른 분자의 머리 부분이나 바깥의 물 분자들과 이온결합/ 수소결합을 함으로써 안정한 상태가 됩니다.

이렇게 자발적으로 형성되는 인지질 이중막은 거의 모든 생물계에서 쓰이는 생체 막의 기본 구조로 쓰입니다. 막의 안쪽이 소수성을 띠고 있기 때문에 대부분의 수용성 물질들이 막을 넘어가지 못합니다. 즉, 인지질 이중막은 세포 안쪽을 바깥 세상과 구분짓는, 아주 기본적인 역할을 하고 있는 것입니다.  ==★

 

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