인지질은 세포막을 이루는 주된 재료로, 지방과 비슷한 종류의 분자이다. 물에 끌리는 머리 하나와 물을 피하는 꼬리 두 개가 있다. 머리의 바깥쪽 끝에서 꼬리 끝까지 인지질 하나의 길이는 약 2.5나노미터이다. 1나노미터는 10억분의 1미터이다.

크기

인지질의 머리는 글리세롤이라는 작은 분자에 붙은, 인산이 든 원자단이다. 두 꼬리는 지방산으로, 탄소와 수소 원자가 길게 이어진 사슬이며 보통 탄소 원자 10~20개 길이이다. 탄소 하나가 더해질 때마다 꼬리 길이는 약 0.13나노미터씩 늘어난다.

정확한 길이는 꼬리의 종류와 꼬리가 놓인 모양에 따라 달라진다. 살아 있는 막에서 꼬리는 유동적이어서 구부러지고 꿈틀거린다. 세포생물학 참고서 한 권은 일반적인 인지질의 머리에서 꼬리까지 길이를 2나노미터로 제시한다.

2000년에 검토된 측정 결과에 따르면, 흔한 인지질인 포스파티딜콜린의 층은 유동 상태에서 두께가 약 2.2~2.3나노미터이고, 더 차갑고 질서 있는 상태에서는 꼬리가 더 곧게 펴져 2.6나노미터이다. 이 층은 분자 하나 깊이이므로, 이 두께는 분자 하나가 막의 가운데에서 표면까지 뻗는 거리이다. 유동 상태의 층에서 분자 하나는 표면 약 0.6~0.7제곱나노미터를 차지한다. 따라서 길이는 약 2~2.6나노미터로 추정된다.

크기 비교

인지질 두 층을 꼬리와 꼬리를 맞대어 놓으면 인지질 이중층이 된다. 인지질 이중층은 거의 모든 세포막의 중심을 이루는 얇은 막이다.
인지질은 길이가 α 나선 너비의 약 2배이다. α 나선은 단백질에 흔히 들어 있는 구조이다.
인지질은 길이가 DNA 이중 나선의 너비와 거의 같다. 이중 나선의 너비는 2나노미터이다.
인지질 약 3만~5만 개를 끝과 끝을 맞대어 한 줄로 늘어놓으면 사람 머리카락의 굵기에 이르며, 그 굵기는 8만~10만 나노미터이다.
인지질 한 층이 1제곱밀리미터를 덮는다면, 그 안에는 분자가 약 1조 5000억 개 들어 있을 것이다.

인지질이 막을 만드는 방식

인지질은 머리가 물에 끌리고 꼬리는 그렇지 않으므로, 물속에서는 꼬리끼리 마주 보고 머리는 바깥을 향하도록 스스로 배열한다. 이렇게 두 겹을 이루어 한쪽의 물과 반대쪽의 물을 갈라 놓는다. 인지질을 물속에서 가열하면 보통 머리는 바깥에, 꼬리는 안쪽에 있는 작은 공 모양을 스스로 이룬다.

꼬리의 모양은 막이 유동성을 유지하도록 돕는다. 탄소 원자 사이에 단일 결합만 있는 꼬리는 비교적 곧다. 이중 결합이 있으면 꼬리가 약 30도 꺾이는데, 이렇게 꺾인 부분이 이웃한 분자를 밀어 서로 떨어뜨린다. 그 덕분에 막이 추위에 뻣뻣해지지 않는다.

연못 위의 기름

벤저민 프랭클린은 런던 근처의 연못에 1티스푼을 넘지 않는 양의 기름을 붓고, 기름이 아마 0.5에이커쯤 되는 면적으로 퍼지는 것을 지켜보았다. 기름은 분자 한 개 두께의 층을 이루었다. 이 기름의 분자는 세포막의 각 층을 이루는 분자와 성질이 비슷하다.

1티스푼은 약 5세제곱센티미터이고 0.5에이커는 약 2,000제곱미터이므로, 이 층의 두께는 대략 2.5나노미터였던 셈이다. 이후 아그네스 포켈스는 이런 단분자층을 실험실에서 만드는 방법을 발명했고, 덕분에 과학자들은 분자의 크기를 정확하게 정할 수 있었다.

출처

Components and Structure. In Biology 2e, 2nd edition. OpenStax, 2018.
Lipids. In Biology 2e, 2nd edition. OpenStax, 2018.
Structure of Lipid Bilayers. Nagle and Tristram-Nagle, Biochimica et Biophysica Acta, 2000.
What Is the Thickness of the Cell Membrane?. In Cell Biology by the Numbers. Milo and Phillips, Garland Science, 2015.
Predicting Helical Topologies in RNA Junctions as Tree Graphs. Laing et al., PLoS ONE, 2013.
DNA Structure and Sequencing. In Biology 2e, 2nd edition. OpenStax, 2018.
Just How Small Is "Nano"?. National Nanotechnology Initiative.

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