[세포생물학] 세포 골격 : 미세소관의 구조와 기능 (+ 운동단백질)

미세소관의 단위체, 구조, 중합 원리

 

미세소관은 세포의 골격을 담당하며 빈 원통 모양을 가지고 있습니다. 단위체는 alpha 단위체와 beta 단위체가 있는데 이 두 개의 단위체가 번갈아가며 연결되어 있습니다.

 

alpha 단위체는 GTP 분해효소의 기능을 가지고 있습니다.

beta 단위체는 GTP가 붙어있으면 안정되며, GDP가 붙으면 불안정해집니다.

 

핵심적인 중합 원리는, GTP 분해속도보다도 부착속도가 빨라 중합이 일어날 수 있다는 것입니다.

 

 

+ 말단과 - 말단

(1) 미세소관의 beta 단위체로 끝나는 말단은 + 말단, alpha 단위체로 끝나는 말단은 - 말단에 해당합니다.

(2) 미세소관의 + 말단은 10개 정도의 단위체가 합성될 때 8개가 분해되고, - 말단은 2개가 합성될 때 4개 정도가 분해됩니다.

(3) 미세소관은 극성을 가지는데, 핵 쪽의 미세소관 중심부는 - 말단이고 외부로 뻗어나가는 말단은 + 말단입니다. (방향성을 가지고 있습니다. 예를 들어 소장상피세포에서는 내강쪽 정단부는 - 말단, 외부쪽 기저부는 + 말단입니다.)

 

위의 그래프에서 C_c는 분해 속도와 합성 속도가 같아지는 순간의 단위체의 농도인 임계 농도를 의미하고 친화도가 낮을수록 임계농도가 높아진다는 특성을 파악해야 합니다.

 

 

신장 그래프

미세소관과 관련하여 가장 잘 나오는 유형의 문제는 미세소관의 길이나 신장 속도에 관련된 그래프를 주고 이를 해석하는 것입니다.

 

먼저 위와 같이 x축 값이 튜뷸린의 농도라면 자유 튜뷸린의 양과 미세소관의 길이 사이의 관계를 알아야합니다. 가장 큰 특징은 미세소관의 길이가 증가하기 시작하면 자유 튜뷸린이 미세소관의 신장에 사용되어 농도가 일정해진다는 것입니다. 그리고 미세소관이 길어지기 전의 시기를 지연기라고 부릅니다.

 

 

그 다음 위와 같이 x축 값이 시간일 때는 일반적으로 미세소관의 신장과 동적 평형을 그래프로 확인할 수 있습니다. 동적 안정 상태에 도달하면 미세소관에서 단위체가 분리되는 속도와 붙는 속도가 같아집니다. 그리고 gamma 튜뷸린의 경우 신장 속도나 길이와 관계없이 신장의 개시가 약간 빨라진다는 특징이 있습니다.

 

 

동적 불안정성과 저해제

임계 농도 C_c는 계속해서 변화하며 + 말단돼서 합성되고 - 말단에서 분해되며 + 말단쪽으로 계속 이동하는 것처럼 보여서 트레드밀링이라고 하기도 합니다. (식물에서 미세소관 교체에 사용)

 

미세소관의 + 말단에는 GTP가 붙어있어서 분해가 일어나지 않습니다. 이것을 GTP 모자라고 부릅니다. 만약 + 말단쪽에 GDP가 들어온다면 불안정해집니다.

+ 말단을 제외한 나머지 부분은 모두 GDP가 붙어있어서 불안정합니다.

 

미세소관의 중합을 저해하는 저해제로는 콜히친이 있습니다. (배수체에 이상을 일으켜 세포 분열 저해함. 참고로 콜히친은 호중구를 저해하여 암세포가 더 늘어나서 항암제로 못 씀)

택솔도 있습니다. (택솔은 호중구를 건드리지 않아서 항암제로 사용함)

 

 

미세소관으로 형성된 소기관

중심립은 미세소관으로 이루어져 있으며 9+0 구조를 가집니다. (곰팡이, 식물에는 없음)

중심립이 S기를 거치면 중심체가 됩니다. 중심체가 신장하면 방추사가 됩니다.

그리고 중심립은 기저체를 만들기도 합니다. (3량체 triplet 9개로 형성) 이 기저체는 섬모 < 편모를 만듭니다.

 

 

운동단백질

운동단백질은 머리 부분에 ATPase를 가지고 있는 단백질입니다.

2개의 머리가 미세소관에 붙어있으며 ATP 결합 자리가 있어서 ATP를 분해하여 그 에너지로 미세소관 위에서 걸어가는 것처럼 이동합니다. (키네신은 - 말단에서 + 말단으로 이동하며, 디네인은 + 말단에서 - 말단으로 이동합니다. 미오신도 있는데 정해진 방향성은 없습니다.)