세포는 어떻게 멀리 있는 다른 세포의 신호를 받아들이나요?

Question

호르몬 같은 신호물질이 특정 세포에만 작용한다고 배우는데, 세포 표면의 수용체가 어떤 원리로 이런 신호를 선택적으로 인식하는지 궁금합니다.

Answer 1

안녕하세요. 임형준 수의사입니다.

호르몬은 혈액을 타고 온몸을 돌아다니지만 모든 세포가 반응하는 것은 아닙니다 .열쇠와 자물쇠처럼 특정 호르몬의 구조에 맞는 수용체를 가진 세포만 신호를 받아들입니다. 호르몬이 수용체에 결합하면 구조가 변하면서 세포 내부의 신호전달 경로가 활성화되고, 유전자 발현이나 대사 변화 등이 일어납니다 .따라서 멀리 있는 세포에도 신호를 보낼 수 있지만, 실제 반응 여부는 어떤 수용체를 가지고 있느냐에 의해 결정됩니다.

Answer 2

안녕하세요. 세포는 멀리 떨어진 다른 세포가 보내는 신호를 주로 화학적 신호물질과 수용체의 결합을 통해 받아들입니다. 예를 들어 호르몬은 혈액을 타고 온몸으로 이동하지만, 모든 세포가 그 신호에 반응하는 것은 아닙니다. 그 이유는 특정 호르몬을 인식할 수 있는 수용체를 가진 세포만 신호를 받아들일 수 있기 때문입니다. 수용체는 일종의 분자 안테나와 같은 역할을 하며, 특정 신호물질의 입체적인 구조와 화학적 특성에 맞는 결합 부위를 가지고 있습니다. 마치 열쇠와 자물쇠처럼 신호물질이 수용체에 적절하게 결합하면 수용체의 구조가 변하면서 세포 내부에 신호가 전달됩니다.

이때 중요한 것은 단순히 신호물질과 수용체가 물리적으로 결합하는 것에서 끝나지 않는다는 점입니다. 세포막에 있는 수용체가 활성화되면 세포 내부에서 여러 단백질과 효소가 연쇄적으로 활성화되는 신호전달 과정이 일어나고, 그 결과 유전자 발현이 변화하거나 효소의 활성이 조절되는 등 세포의 반응이 나타납니다. 어떤 호르몬은 세포막을 통과하지 못하기 때문에 세포막 표면의 수용체를 이용하고, 스테로이드 호르몬처럼 지용성이 높은 물질은 세포 안으로 들어가 세포 내부 또는 핵에 있는 수용체와 결합하기도 합니다. 따라서 호르몬이 혈액을 통해 몸 전체로 퍼지더라도 특정 세포에만 작용할 수 있는 것은 신호가 어디까지 이동하느냐보다 어떤 세포가 그 신호를 알아볼 수 있는 수용체를 가지고 있느냐가 중요하기 때문입니다. 또한 세포마다 수용체의 종류와 양이 다르기 때문에 같은 신호물질을 받더라도 세포에 따라 서로 다른 반응이 나타날 수 있습니다. 감사합니다.

Answer 3

세포가 먼 곳에서 온 호르몬 신호를 선택적으로 받아들일 수 있는 것은 수용체의 입체 구조와 화학적 특성 때문입니다.

수용체는 특정 신호 물질만 완벽히 맞물리는 3차원 입체 결합 부위를 가지고 있습니다. 이 부위는 단순한 모양뿐만 아니라 수소 결합, 이온 결합 등 특정 위치의 화학적 인력까지 정확히 일치해야 결합이 가능하죠.

그래서 호르몬이 온몸을 돌아다녀도, 해당 수용체를 가진 표적 세포만 신호를 인식하는 것입니다.

이후 신호 물질이 붙는 순간 수용체의 전체 모양이 살짝 변형되는데, 변형된 수용체의 안쪽 부위가 세포 내부의 단백질을 활성화하여 실제 생리적 반응을 일으키게 됩니다.

결론적으로 구조적 정교에 특정 수용체의 발현 유무 덕분에 많은 물질 속에서 필요한 신호만 골라 받아들일 수 있는 것입니다.