세포골격은 세포에 구조적 지지, 모양, 조직을 제공하는 단백질 섬유의 복잡한 네트워크이다. 그것은 미세관, 미세 필라멘트, 중간 필라멘트의 세 가지 주요 유형의 단백질 섬유로 구성되어 있다.
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세포골격이란?
사람이나 동물에게 뼈가 있는 것처럼, 각각의 세포들도 골격을 가지고 있다. 즉, 세포 소기관들이 단순히 세포 내부를 둥둥 떠다니는 것이 아니라는 이야기이다. 기존에는 이처럼 생각하는 경우도 있었으나, 전자현미경의 발달로 세포골격(cytoskeleton)을 발견하게 되었다. 다양한 세포골격들이 내부에 존재하며, 미세소관(microtubule), 미세섬유(microfilament), 중간섬유(intermediate filament) 세 가지 종류의 세포골격이 존재한다.
세포골격은 세포의 형태를 지지하는데에 중요한 역할을 하는데, 세포벽이 없는 동물세포에서는 이 기능이 더 중요하다. 또한, 세포 내 소기관들의 위치를 고정시켜주는 등 역동적으로 역할을 수행한다.
또, 이 세포골격은 운동 단백질(motor protein)과 상호 작용하여, 세포 내 움직임을 수행하는데에 있어서도 중요한 역할을 한다. 이 때 운동단백질이 소낭을 운반하기도 하는데, 말 그대로 미세 소관(가끔은 미세섬유)를 걸어서 운반한다(약간 귀엽다).
미세소관
미세소관(microtubule)은 모든 진핵세포의 세포질에서 발견되는 세포골격의 핵심 구성요소 중 하나로, 구조적 지지를 제공하고 세포의 모양을 유지하는 데 도움을 준다. 튜불린(tubulin)이라고 불리는 단백질 소단위체로 구성된 길고 얇은 튜브 같은 구조이다. 이 튜불린 분자는 alpha-tubulin과 beta-tubulin이라는 두 종류의 폴리펩타이드가 다이머(dimer)를 이루며 구성되어 있다. 미세소관은 분해되고 합성되며 길이가 변하기도 한다. 미세소관의 한 쪽 끝은 다른 쪽 보다 빠르게 다이머를 붙이거나 방출하며 역동적으로 성장하거나 줄어드는데, 이 쪽 끝을 +라고 한다. 이들은 또한 분자 모터가 이동하는 "도로"의 역할을 함으로써 세포 내의 세포소기관의 이동에 역할을 한다.
중심체(centrosome)는 진핵생물의 세포에서 주요 미세소관 형성 중심으로 작용하는 세포기관이다. 중심체는 중심립(cnetriole)라고 불리는 두 개의 구조로 구성되어 있는데, 이것은 미세관으로 구성된 원통형 구조이다. 중심소체는 중심체의 중심에 위치하며, 세포 분열 중에 방추 섬유를 형성하는 미세관을 구성하는 역할을 한다.
중심립은 특징적인 9+0 패턴으로 배열된 형태를 띠고 있는데, 하나의 세트는 3개의 미세소관으로 구성되어 있다. 중심체의 미세소관은 특정한 방향으로 조직되며, 세포 분열 동안, 중심체와 중심체는 염색체를 분리하여 세포의 반대쪽으로 끌어당기는 구조인 유사분열 스핀들의 형성에 중요한 역할을 한다.
또한 미세 소관은 세포의 운동 부속자의 역할을 하는 편모(flagella)와 섬모(cilia)를 구성하기도 한다. 여러 단세포 생물들이 편모를 가지고 물 속에서 이동하기도 하며, 동물의 정자나 식물이나 조류에서도 관찰된다.
섬모는 대체적으로 세포 표면에 많은 수가 털처럼 존재하며, 편모는 세포 하나당 1개처럼 적은 수를 가지고 있고, 움직이는 형태도 다르다. 편모는 정자와 같이 물고기 꼬리처럼 움직이지만, 섬모는 노를 젓는 것처럼 움직인다.
섬모는 신호를 받는 안테나와 같은 역할을 하기도 하는데, 이런 섬모는 운동성을 갖지 않는다. 실제로 척추동물들도 하나의 섬모를 가지고 있는데 이를 1차 섬모(primary cillium)이라고 칭한다.
이런 편모와 섬모의 기능은 다르지만 두 구조 모두 미세소관으로 이루어져 있다. 섬모와 편모는 모두 9+2의 구조를 가지고 있는데 9개로 이루어진 미세소관 구조에 가운데에 2개의 구조가 배열되어 있는 것을 뜻한다. 섬모나 편모가 세포에 고정 되어 있는 것은 기저체(basal body)에 때문인데, 기저체는 중심립과 구조적으로 유사한 형태를 띠고 있다.
편모와 섬모에 있는 미세소관 다이머에 붙어 있는 디네인(dynein)이라고 불리는 거대 운동 단백질이 편모와 섬모를 구부리는데에 크게 관여한다. 앞에서 나온 운동 단백질 처럼 미세소관을 ATP를 소모하며 걸어가서 구부리는 것이다.
미세섬유
미세섬유(microfilament)는 진핵세포에서 세포골격의 핵심 구성요소인 얇고 단단한 섬유이다. 미세섬유는 액틴(actin)이라고 불리는 단백질 소단위체로 구성되어 있기 때문에 종종 액틴 필라멘트라고 불리기도 하는데, 이들은 세포의 모양을 유지하고, 세포의 움직임을 촉진하고, 세포 내에서 기계적인 힘을 전달하는 데 중요한 역할을 한다.
미세섬유는 일반적으로 미세소관보다 얇고 훨씬 유연하다. 이것은 세포의 환경 변화에 대응하여 구부리고 비틀 수 있게 해준다. 그들은 또한 수축하고 이완함으로써 세포의 움직임에 역할을 하는데, 이것은 세포의 모양을 바꾸고 그것을 앞으로 이동시킨다.
미세섬유는 3차원적 네트워크 구조를 가지고 잇어서 세포의 피층(cortex)를 반고체 상태로 고정시켜주는 데에 중요한 역할을 한다. 그러면서도 세포질 내부는 유동적이게 하면서 다양한 세포 과정의 조절에 관여한다. 종종 동물세포에서 미세융모를 구성하기도 한다. 이런 융모는 세포의 표면적을 증가시킨다.
미세섬유는 또한 운동에 관여하는 수축기구인데, 근육세포에서 길게 분포하고 있으며, 이 위를 운동단백질인 마이오신(myosin)으로 구성된 두꺼운 섬유와 얽혀있어서 근육의 수축을 담당하며, 아메바와 같은 단세포 생물에서 움직이는 위족(pseudopodia) 운동을 하기도 한다. 또한, 세포의 일부지역을 확장시키는 역할을 하기도 하며, 식물세포에서 세포질유동(cytoplasmic streaming)에도 관여한다.
중간섬유
중간섬유(intermediate filament)는 진핵 세포에서 세포골격의 핵심 구성 요소인 단백질 필라멘트의 한 종류이다. 그것들은 세포에 기계적인 안정성과 지지력을 제공하고, 세포의 모양을 유지하고 외부 스트레스에 저항하는 것을 돕는다.
중간섬유는 이름에서 유추할 수 있듯이, 미세섬유와 미세소관 사이의 중간 크기이다. 중간섬유는 미세섬유보다 두껍고 강하지만 미세소관만큼 단단하지는 않다. 이러한 중간 크기와 강도는 중간 필라멘트가 세포가 환경의 변화에 반응하여 변형하고 회복할 수 있도록 하면서 필요한 안정성과 지지력을 제공할 수 있도록 한다.
중간섬유는 미세섬유와 미세소관보다 세포의 지지물로서의 영구적인 기능을 담당한다. 세포가 사멸하더라도 중간 섬유망이 남아있는 경우가 있을 정도이다. 중간 섬유는 케라틴(keratin)이 포함된 단백질 그룹에 속한 소단위들로부터 생성된다. 미세소관이나 미세섬유와 달리 지름이나 구성성분이 일정하지 않은 것이 특징이다.
중간 필라멘트에는 여러 가지 다른 유형이 있으며, 각각 다른 유형의 단백질 소단위체로 구성되어 있다. 세포에서 발견되는 중간 필라멘트의 종류는 세포의 종류와 그 기능에 따라 달라진다. 예를 들어, 케라틴은 피부 세포에서 발견되는 중간 필라멘트의 일종인 반면, 비멘틴은 중간엽 세포에서 발견된다.
중간 필라멘트는 세포 분열, 세포 내 수송, 세포 신호 전달과 같은 다양한 세포 과정에서 중요한 역할을 한다. 그들은 이러한 과정을 조정하는 것을 돕기 위해 다른 단백질뿐만 아니라 세포골격의 다른 구성 요소들과 상호 작용한다.
요약
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