세포 내 삼투압 완충에 거대분자 응축이 불가능할 것으로 보임

Core Concepts

세포막의 높은 수투과성으로 인해 거대분자 응축이 세포 내 삼투압 변화를 완충할 수 없다.

Abstract

이 논문은 Watson 등(2023)이 제안한 거대분자 응축이 세포 내 삼투압 변화를 완충할 수 있다는 가설에 대해 반박하고 있다. 저자는 잘 알려진 막 생물물리학을 바탕으로 세포막의 높은 수투과성으로 인해 거대분자 응축이 세포 내 삼투압 변화를 완충할 수 없다고 주장한다.

저자는 펌프-누출 모델을 사용하여 세포 내 삼투압 변화에 대한 세포 부피 및 압력 변화를 모의실험하였다. 그 결과, 거대분자 응축이 세포 내 삼투압 변화를 1분 이상 완충할 수 없음을 보였다. 이는 세포막의 높은 수투과성으로 인해 삼투압 차이에 의한 물 이동이 거대분자 응축의 완충 능력을 압도하기 때문이다.

저자는 또한 능동적 물 수송 또는 세포막 장력 발생과 같은 추가적인 가설들을 검토하였지만, 이 역시 거대분자 응축의 완충 능력을 지지하지 않는다고 주장한다. 결론적으로 저자는 Watson 등의 가설이 세포 내 삼투압 조절 메커니즘을 설명하기 어렵다고 판단하였다.

Stats

세포막의 삼투압 투과계수(Pf)는 2 × 10-4 cm/s로 가정하였다.
거대분자 응축에 의한 물 방출/흡수 속도는 3.6 × 10-16 L/s로 가정하였다.

Quotes

"세포막의 높은 수투과성으로 인해 거대분자 응축이 세포 내 삼투압 변화를 1분 이상 완충할 수 없다."
"세포 내 삼투압 조절에 있어 거대분자 응축이 '주요 완충제'라는 저자들의 주장은 다소 과도하다."

Key Insights Distilled From

Macromolecular condensation is unlikely to buffer intracellular osmolality

by Kay,A. R. at www.biorxiv.org 05-27-2024

https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.05.24.592450v1

Deeper Inquiries

세포 내 삼투압 조절에 있어 거대분자 응축 이외의 다른 메커니즘은 무엇이 있을까?

세포 내 삼투압 조절에 있어 거대분자 응축 이외에도 여러 가지 메커니즘이 존재한다. 첫째, 이온 펌프와 이온 채널의 작용이 있다. 세포막에 위치한 나트륨-칼륨 ATPase(NKA)와 같은 이온 펌프는 세포 내 이온 농도를 조절하여 삼투압을 유지하는 데 중요한 역할을 한다. 이 펌프는 세포 내 K+ 농도를 높이고 Na+ 농도를 낮추어 세포의 삼투압을 조절한다. 둘째, 세포의 부피 조절 메커니즘이 있다. 세포는 외부 환경의 삼투압 변화에 따라 수분을 흡수하거나 방출하여 세포의 부피를 조절한다. 셋째, 세포 내 대사물질의 농도 변화도 삼투압 조절에 기여한다. 대사물질은 세포 내 삼투압을 조절하는 데 중요한 역할을 하며, 특히 소분자 대사물질은 세포의 삼투압에 직접적인 영향을 미친다. 마지막으로, 세포의 기계적 특성도 삼투압 조절에 영향을 미친다. 세포막의 탄력성과 기계적 장력은 세포의 부피 변화에 따라 세포 내 삼투압을 조절하는 데 중요한 요소로 작용할 수 있다.

세포막의 수투과성을 낮추거나 능동적 물 수송 메커니즘을 가정한다면 거대분자 응축의 역할이 달라질 수 있을까?

세포막의 수투과성을 낮추거나 능동적 물 수송 메커니즘을 가정할 경우, 거대분자 응축의 역할은 상당히 달라질 수 있다. 수투과성이 낮아지면 세포막을 통한 물의 이동이 제한되므로, 세포 내 삼투압 조절에 있어 거대분자 응축의 중요성이 증가할 수 있다. 이 경우, 거대분자 응축체는 세포 내 수분을 저장하거나 방출하는 역할을 하여 세포의 삼투압을 조절하는 데 기여할 수 있다. 반면, 능동적 물 수송 메커니즘이 존재한다면, 세포는 외부 환경의 삼투압 변화에 보다 능동적으로 대응할 수 있게 된다. 이 경우, 거대분자 응축체의 역할은 상대적으로 감소할 수 있으며, 세포는 능동적 물 수송을 통해 삼투압을 조절하는 데 더 의존하게 될 것이다. 따라서, 세포막의 수투과성과 능동적 물 수송 메커니즘은 거대분자 응축의 기능과 중요성에 직접적인 영향을 미친다.

세포 내 삼투압 조절에 있어 작은 대사물질의 기여는 어느 정도일까?

세포 내 삼투압 조절에 있어 작은 대사물질의 기여는 상당히 중요하다. 작은 대사물질은 세포 내에서 삼투압을 조절하는 데 직접적인 역할을 하며, 이들은 세포의 삼투압을 결정짓는 주요한 요소 중 하나이다. 예를 들어, 아미노산, 당, 유기산과 같은 작은 대사물질은 세포 내에서 농도가 높아질 경우 삼투압을 증가시키고, 세포 외부의 삼투압과의 균형을 맞추는 데 기여한다. 또한, 이러한 대사물질은 세포의 대사 과정에서 생성되거나 소비되며, 세포의 에너지 상태와도 밀접한 관련이 있다. 따라서, 작은 대사물질의 농도 변화는 세포의 삼투압 조절에 직접적인 영향을 미치며, 이는 세포의 생리적 기능과 항상성 유지에 필수적이다. 세포 내 삼투압 조절에서 작은 대사물질의 기여는 거대분자 응축체와 함께 작용하여 세포의 전반적인 삼투압 균형을 유지하는 데 중요한 역할을 한다.