삼투물질

삼투물질(Osmolyte)은 생물학적 유체의 속성에 영향을 미치는 저분자 유기 화합물이다. 삼투물질은 다양한 유기체, 특히 환경 스트레스에 대한 반응으로 삼투압을 조절하고 세포 항상성을 유지하는 데 중요한 역할을 하는 유기 분자의 한 종류이다.[1] 이들의 주요 역할은 수용액의 점도, 녹는점 및 이온 강도에 영향을 미쳐 세포의 완전성을 유지하는 것이다. 외부 삼투압으로 인해 세포가 부풀어 오르면 막 채널이 열리고 삼투물질이 물과 함께 유출되어 정상적인 세포 부피를 회복시킨다.

이 분자들은 삼투 스트레스의 영향을 상쇄하는 데 관여하는데, 이는 세포 내부 및 외부의 용질(이온 및 당 등) 농도 변동이 발생할 때 일어난다. 삼투물질은 세포가 변화하는 삼투 조건에 적응하도록 도와 생존과 기능을 보장한다.[2] 삼투물질은 또한 세포의 구성 요소와 상호 작용하여 예를 들어 단백질 접힘에 영향을 미친다.[3][4] 흔한 삼투물질로는 아미노산, 당 및 폴리올, 메틸아민, 메틸설포늄 화합물, 요소 등이 있다.

사례 연구

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삼투 보호제 역할을 할 수 있는 자연 삼투물질에는 트라이메틸아민 N-옥사이드(TMAO), 다이메틸설포니오프로피오네이트, 사르코신, 베타인, 글리세로포스포릴콜린, 미오 이노시톨, 타우린, 글라이신 등이 있다.[5][6] 박테리아는 높은 삼투 환경으로부터 보호하기 위해 삼투물질을 축적한다.[7] 삼투물질은 염분에 내성이 있는 박테리아를 제외하고는 중성 비전해질이다.[6] 인간의 경우, 삼투물질은 콩팥수질에서 특히 중요하다.[8]

삼투물질은 물고기의 세포에 존재하며, 세포를 수압으로부터 보호하는 기능을 한다. 물고기 세포의 삼투물질 농도는 압력에 따라 선형적으로 증가하므로 깊이에 따라 증가한다. 따라서 삼투물질은 물고기가 생존할 수 있는 최대 깊이를 계산하는 데 사용되었다. 물고기 세포는 약 26,900 피트 (8,200 미터) 깊이에서 최대 삼투물질 농도에 도달하며, 27,349 피트 (8,336 미터)보다 깊은 곳에서는 물고기가 관찰된 적이 없다.[9][10]

각주

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  1. ↑ Paul H. Yancey (2005). 《Organic osmolytes as compatible, metabolic and counteracting cytoprotectants in high osmolarity and other stresses》. 《Journal of Experimental Biology》 208. 2819–2830쪽. Bibcode:2005JExpB.208.2819Y. doi:10.1242/jeb.01730. PMID 16043587. 
  2. ↑ Review of Medical Physiology, William F. Ganong, McGraw-Hill Medical, ISBN 978-0-07-144040-0.
  3. ↑ Bolen DW, Baskakov IV (2001). 《The osmophobic effect: natural selection of a thermodynamic force in protein folding》. 《Journal of Molecular Biology》 310. 955–963쪽. doi:10.1006/jmbi.2001.4819. PMID 11502004. 
  4. ↑ Su, Zhaoqian (2017). 《Roles of cosolvents on protein stability》. 《Dissertations》. OCLC 1245504372. 
  5. ↑ Neuhofer, W.; Beck, F. X. (2006). 《Survival in Hostile Environments: Strategies of Renal Medullary Cells》. 《Physiology》 21. 171–180쪽. doi:10.1152/physiol.00003.2006. PMID 16714475. 
  6. ↑ 가 나 Arakawa T, Timasheff SN (1985). 《The stabilization of proteins by osmolytes》. 《Biophysical Journal》 47. 411–414쪽. Bibcode:1985BpJ....47..411A. doi:10.1016/s0006-3495(85)83932-1. PMC 1435219. PMID 3978211. 
  7. ↑ Csonka LN (1989). 《Physiological and genetic responses of bacteria to osmotic stress》. 《Microbiology and Molecular Biology Reviews》 53. 121–147쪽. doi:10.1128/mr.53.1.121-147.1989. PMC 372720. PMID 2651863. 
  8. ↑ Gallazzini, M.; Burg, M. B. (2009). 《What's New About Osmotic Regulation of Glycerophosphocholine》. 《Physiology》 24. 245–249쪽. doi:10.1152/physiol.00009.2009. PMC 2943332. PMID 19675355. 
  9. ↑ Yancey PH, Gerringer ME, Drazen JC, Rowden AA, Jamieson A (2014). 《Marine fish may be biochemically constrained from inhabiting the deepest ocean depths》. 《PNAS》 111. 4461–4465쪽. Bibcode:2014PNAS..111.4461Y. doi:10.1073/pnas.1322003111. PMC 3970477. PMID 24591588. 
  10. ↑ Lu, Donna (2023년 4월 3일). “Scientists find deepest fish ever recorded at 8,300 metres underwater near Japan”. 《The Guardian》 (London). 2023년 5월 25일에 확인함. 

더 읽어보기

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  • Rose GD, Fleming PJ, Banavar JR, Maritan A (November 2006). 《A backbone-based theory of protein folding》. 《Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.》 103. 16623–33쪽. Bibcode:2006PNAS..10316623R. doi:10.1073/pnas.0606843103. PMC 1636505. PMID 17075053. 
  • Holthauzen LM, Bolen DW (February 2007). 《Mixed osmolytes: the degree to which one osmolyte affects the protein stabilizing ability of another》. 《Protein Sci.》 16. 293–8쪽. doi:10.1110/ps.062610407. PMC 2203298. PMID 17189473. 
  • Harries, Daniel; Rösgen, Jörg (2008). 〈A Practical Guide on How Osmolytes Modulate Macromolecular Properties〉. 《Biophysical Tools for Biologists, Volume One: In Vitro Techniques》. 《Meth. Cell Bio.》. Methods in Cell Biology 84. 679–735쪽. doi:10.1016/S0091-679X(07)84022-2. ISBN 9780123725202. PMID 17964947. 
  • Hochachka, P.W.; Somero, G. N (2002). 《Biochemical Adaptation. Mechanism and Process in Physiological Evolution》. Oxford: Oxford University Press. 
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