10과 정답과 해설 — Membrane Structure

5지선다 정답

문항정답문항정답
Q1Q14
Q2Q15
Q3Q16
Q4Q17
Q5Q18
Q6Q19
Q7Q20
Q8Q21
Q9Q22
Q10Q23
Q11Q24
Q12Q25
Q13

OX 정답

문항정답문항정답
Q26OQ34O
Q27XQ35X
Q28OQ36X
Q29XQ37O
Q30OQ38O
Q31XQ39X
Q32OQ40O
Q33X

추론 문제 해설

Q1 — Flippase LOF 환자 ✅ ③

Flippase(aminophospholipid translocase)의 역할: PS와 PE를 outer leaflet → inner(cytosolic) leaflet으로 능동 수송 → 세포막 비대칭성 유지.

Flippase 기능 상실 → PS/PE를 inner leaflet에 유지하는 능동 수송 소실 → PS가 passive flip-flop에 의해 점진적으로 outer leaflet으로 재분포 → cell surface에 PS 노출 → macrophage 표면 수용체가 인식 → eat-me signal → phagocytosis 촉진.

  • ①: flippase는 outer→inner 단방향 수송. 기능 상실 시 inner leaflet 집중이 소실되지 강화되지 않음.
  • ②: glycolipid는 Golgi에서의 당화 이후 구조적으로 noncytosolic에만 분포; flippase와 무관.
  • ④: flippase는 지질 비대칭성 유지에 관여하며 막 유동성이나 lateral diffusion에 직접 영향을 주지 않음.
  • ⑤: PS의 전하는 구조적 특성(serine의 carboxyl + amine 중 net negative); flippase 결핍으로 전하 자체가 소실되지 않음.

Q2 — Sphingolipid 불포화 치환 ✅ ③

핵심 논리:

  • Sphingolipid가 lipid raft를 형성하는 이유: 포화 지방산 사슬 → 직선형 → 밀착 packing 가능 → 콜레스테롤과 van der Waals 상호작용 유리.

  • Cis-double bond 도입 → kink 형성 → chain packing 방해 → 콜레스테롤과의 결합력 감소 → ordered phase(lipid raft) 형성 저해.

  • Lipid raft 형성 저하 → raft에 농축되던 GPI-anchored 단백질의 국재화(localization)가 분산.

  • ①: kink는 콜레스테롤 결합을 방해하므로 결합력이 감소, 증가하지 않음.

  • ②: raft 안정성이 감소.

  • ④: flip-flop은 sphingolipid 불포화 여부와 직접 연관 없음.

  • ⑤: 불포화로 chain이 더 불규칙해지므로 막 두께 증가보다 감소에 가까움; TM helix 삽입과는 무관.


Q3 — PLC 활성화 → head group 제거 → 막 곡률 ✅ ③

정리본 관련 내용: “phospholipase가 PIP₂의 Lipid head group 제거 → Negative curvature induce”

PLC가 PIP₂ → DAG + IP₃로 절단 시:

  • DAG는 head group이 없는(or 매우 작은) 지질 → inverted cone shape (tail > head)

  • Cytosolic leaflet에 DAG 축적 → 해당 leaflet에서 tail 부피 > head 부피 → negative curvature (세포막이 세포질 방향으로 오목해짐, 즉 endocytosis 방향의 만곡)

  • ①: head group 제거 후 tail > head가 되므로 inverted cone (micelle은 cone-shaped에서 형성).

  • ②: cylinder shape은 head ≈ tail인 phospholipid의 형태.

  • ④: DAG 생성과 PS의 outer leaflet 이동은 별개의 기전.

  • ⑤: head group 제거가 rotational diffusion을 억제하지 않음.


Q4 — Farnesyl transferase inhibitor → Ras 억제 ✅ ③

Lipid anchor 관점:

  • Ras는 C-terminal의 farnesylation(prenylation) + palmitoylation을 통해 세포막에 anchor됨.
  • 세포막에 anchor되어야 GEF(SOS 등)와 근접 접촉 → GDP → GTP 교환 → Ras 활성화.
  • FTI 처리 → farnesyl anchor 소실 → Ras가 세포막에 결합 불가 → GEF 접근 불가 → 활성화 차단.

mid_2023_20번(MKD 문제)과 동일한 원리: 단백질은 합성되나 막에 결합 못해 기능 불가.

  • ①: farnesyl은 GTP 결합 부위와 무관한 C-terminal 지질 수정.
  • ②: lipid anchor 소실이 단백질 분해를 직접 유발하지 않음.
  • ④: farnesylation이 없어도 핵 이입 신호(NLS)가 없으면 핵으로 이입되지 않음.
  • ⑤: 막 결합 불가 상태에서 outer leaflet에 집중될 수 없음.

Q5 — Apoptosis PS 노출 순서 해석 ✅ ②

Apoptosis에서 PS 외측 노출 기전:

  1. Flippase 비활성화: PS를 inner leaflet으로 유지하는 능동 수송 소실.
  2. Scramblase 활성화: Ca²⁺ 등에 의해 활성화 → 양방향 무작위 flip-flop → 비대칭성 파괴 가속.
  3. 두 기전이 함께 작동하여 PS가 outer leaflet에 노출 → macrophage 인식 → phagocytosis.

②가 옳은 이유: (나)의 빠른 비대칭성 소실은 flippase 억제만으로는 설명이 불충분하며, scramblase 활성화가 동반되어야 단기간 내 완전한 소실 가능.

  • ①: 인과관계 역전. (가)가 원인, (나)가 결과.
  • ③: macrophage는 outer leaflet에 노출된 PS를 인식하며, inner leaflet에 있는 PS는 접근 불가.
  • ④: PS 노출은 eat-me signal로 macrophage를 유인하는 신호; 생존 신호가 아님.
  • ⑤: Flippase만 억제되고 scramblase가 비활성이면 passive flip-flop이 매우 느리므로 단기간 내 완전한 비대칭성 소실은 일어나지 않음 — 이는 사실에 가깝지만, 이 선지는 apoptosis 시나리오와 관계없는 가정적 상황을 제시하므로 ②가 더 직접적으로 해당 시나리오를 설명.

일반 5지선다 해설

Q6 — Flip-flop 특성 ✅ ②

운동 유형속도
Lateral diffusion~10⁷/sec (매우 빠름)
Rotational diffusion빠름
Flexion (꼬리 굽힘)매우 빠름
Flip-flop수 시간 단위 (매우 드묾)

Flip-flop이 드문 이유: 친수성 head group이 소수성 bilayer core를 통과해야 하므로 에너지 장벽이 높음.

  • ③: 콜레스테롤은 small polar hydroxyl group만 있어 상대적으로 flip-flop이 일어날 수 있으나, 본문에서 명시하지 않으므로 오답 유도용.
  • ④: Scramblase는 ATP 불필요, 양방향; Flippase가 ATP 소모 + PS/PE 단방향 (outer→inner).
  • ⑤: Flippase는 단방향 수송으로 비대칭성을 유지.

Q7 — 콜레스테롤 유동성 완충 ✅ ②

콜레스테롤은 버퍼(buffer) 역할:

  • 고온: hydrocarbon chain의 과도한 이동성 억제 → 막 유동성↓, 투과성↓
  • 저온: chain 간 van der Waals 상호작용으로 인한 결정화 방지 → fluid 상태 유지

→ 양극단 모두 방지 = 체온 완충제

  • ①: 고온/저온 역할이 정반대로 뒤바뀜.
  • ⑤: cis-double bond는 kink 형성 → chain packing 방해 → 유동성↑; 콜레스테롤과는 다른 기전.

Q8 — 지질 비대칭성에서 옳지 않은 것 ✅ ⑤

선지 ⑤가 틀린 이유: PE는 cytosolic(inner) leaflet에 집중되어 있으며, flippase가 outer leaflet의 PE를 inner leaflet으로 능동 수송하여 이 비대칭성을 유지한다. 선지는 “outer leaflet에 집중”이라고 반대로 기술.

Leaflet주요 지질
Outer (noncytosolic)PC, SM, Glycolipid
Inner (cytosolic)PE, PS

Q9 — Hydropathy plot 한계 ✅ ②

Amphiphilic α-helix: 3–4 아미노산 주기로 친수성/소수성이 교대 → helix가 회전하면 한쪽 면은 친수성(pore 내부), 반대쪽은 소수성(lipid 접촉) → 전체 평균 hydrophobicity가 낮게 나옴 → hydropathy plot에서 뚜렷한 양의 peak 미검출 → TM helix 수 예측 불가.

기타 한계:

  • β-barrel: ≤10 AA/strand, 격번 소수성 → 소수성 연장이 짧아 peak 불명확
  • Partial membrane insertion: bilayer를 완전히 span하지 않는 경우 식별 불가

Q10 — 막단백질 연구용 Detergent ✅ ③

Detergent강도단백질 구조용도
SDS가장 강함 (이온성)선형 변성SDS-PAGE (크기만 분리)
Triton X-100약함 (비이온성)비교적 보존막단백질 완전 가용화 어려움
β-octylglucoside중간 (비이온성)잘 보존막단백질 구조·기능 연구 최적

Q11 — Frye-Edidin 실험에서 옳지 않은 것 ✅ ⑤

이 실험은 막단백질의 lateral diffusion을 세포 융합 후 형광 혼합으로 입증한 실험이다. Flip-flop 측정과는 무관. Flip-flop 정량에는 별도의 assay(방사성 표지 + 인지질 이동 추적 등)가 사용되며, lateral diffusion의 정량적 측정은 **FRAP(fluorescence recovery after photobleaching)**으로 수행된다.


Q12 — Lipid raft에서 옳지 않은 것 ✅ ④

살아있는 세포에서 lipid raft는 **일시적(transient)**이고 **동적(dynamic)**으로 형성/해체를 반복한다. Protein-protein interaction에 의해 조절되며 nanoscale(수 nm ~ 수백 nm) 규모로 존재한다. 영구적 구조가 아님.

artificial bilayer 실험(PC + SM + Cholesterol = 1:1:1)에서는 안정적인 두 phase 분리가 관찰되지만, 살아있는 세포에서는 다름.


Q13 — Glycolipid에서 옳은 것 ✅ ③

  • Golgi lumen에서 sugar group 추가 → Golgi lumen은 세포 외부와 topologically equivalent → plasma membrane으로 전달 시 cell surface(noncytosolic side) 노출.

  • 기능: 세포 인식(cell recognition), 신호 수용체.

  • ①: Phospholipid보다 비율이 낮음.

  • ②: Noncytosolic monolayer에만 독점 분포 (가장 극단적인 asymmetry).

  • ④: Sphingosine 기반 (glycerol이 아님). Glycerol 기반은 phosphoglyceride.

  • ⑤: Ganglioside는 sialic acid(N-acetylneuraminic acid)를 포함 → net negative charge → 세포막 표면 전하에 기여.


Q14 — 당화 및 disulfide bond 위치 ✅ ③

세포막 단백질의 모든 oligosaccharide chain과 disulfide bond는 noncytosolic side에만 존재한다.

이유:

  • Sugar residue는 ER lumen(oligosaccharyl transferase 작용, Asn에 N-linked)과 Golgi lumen에서 추가 → 항상 lumen/extracellular 방향
  • Cytosol은 reducing environment → S-H(sulfhydryl group)가 산화되지 않아 disulfide bond 미형성
  • Noncytosolic environment는 oxidizing → disulfide bond 형성 가능

Q15 — β-barrel 특성 ✅ ③

특성TM α-helixTM β-barrel
아미노산 수/횡단~20–30≤10
소수성 조건모든 AA 소수성격번(every other) AA만 소수성
분포진핵세포 전반박테리아 outer membrane, 미토콘드리아
Hydropathy plotPeak 명확Peak 불명확, 예측 어려움

Q16 — TM α-helix에서 옳지 않은 것 ✅ ③

Amphiphilic helix(pore-forming):

  • 3–4 아미노산 주기로 친수성/소수성 교대 배치
  • Helix 회전 시 한쪽 면에만 친수성 AA 집중 (pore 내벽), 반대쪽은 소수성 (lipid 접촉)
  • 전체 평균 hydrophobicity가 낮아 → hydropathy plot에서 peak 불명확 → TM helix 수 예측 불가

Q17 — Cortical cytoskeleton에서 옳은 것 ✅ ③

  • Spectrin은 세포막 **내부(cytosolic side)**에 존재하는 탄성 망상구조.

  • RBC가 비장이나 모세혈관의 좁은 통로를 통과할 때 변형 → spectrin 탄성으로 원래 형태 회복.

  • ①: Extracellular가 아닌 cytosolic side.

  • ②: Cortical cytoskeleton의 coralling은 막단백질 이동을 구역 내로 제한하지만 완전 고정은 아님 → hop diffusion: 구역 내 이동 후 경계를 넘어 다음 구역으로 이동 가능.

  • ④: 단백질 이동성도 제한받음.

  • ⑤: Hop diffusion의 정의가 반대. 구역 내에서 이동하다가 경계를 뛰어넘는 현상.


Q18 — Epithelial cell domain 제한 ✅ ③

정리본 핵심: “outer lipid monolayer도 tight junction에 의한 domain 격리의 영향을 받음. Inner(cytosolic) monolayer의 lipid는 확산 가능”

  • Tight junction → outer lipid monolayer 지질: apical/basolateral 도메인 간 확산 차단
  • Inner monolayer 지질: tight junction의 영향을 받지 않아 자유 확산 가능
  • 막단백질 역시 tight junction에 의해 apical/basolateral 영역에 국한됨

Q19 — Self-assembly 및 bilayer 특성에서 옳지 않은 것 ✅ ④

④가 틀린 이유: Bilayer에 tear가 발생하면 free edge에서 소수성 tail 노출 → 에너지적으로 불리. 이를 해소하기 위해 tear가 **자발적으로 봉합(self-sealing)**됨 → 이 과정은 열역학적으로 유리한(favorable) 반응이다. 선지는 “열역학적으로 불리하다”고 틀리게 기술.

  • ①③: Hydrophobic effect 정확한 설명 — 소수성 tail 노출 시 water의 icelike cage 형성(entropy↓) → clustering으로 cage 해제(entropy↑) → 자발적 응집.

Q20 — E. coli 세포막 ✅ ④

성분E. coli간세포 plasma membrane
Cholesterol0%17%
PC0%24%
PE~70%7%
Sphingomyelin0%19%
Glycolipid0%7%

E. coli는 콜레스테롤이 없어 유동성 완충이 phospholipid 조성 변화(불포화도 조절)로만 이루어짐.


Q21 — GPI-anchored 단백질에서 옳지 않은 것 ✅ ⑤

GPI-anchored 단백질은:

  • Noncytosolic(outer) leaflet 위치
  • Transmembrane domain 없음
  • 세포막 외부 표면에 nonosaccharide linker + phosphatidylinositol으로 고정

따라서 cytosolic signaling을 위한 TM domain이 없어, 직접적인 cytosolic signal 전달 불가. 신호전달 시에는 별도의 co-receptor나 lipid raft를 통한 간접 기전이 필요.


Q22 — 막 굽힘 기전으로 제시되지 않은 것 ✅ ⑤

정리본에 제시된 4가지 막 굽힘 기전:

  1. Hydrophobic domain insertion (cytosolic leaflet에 삽입)
  2. Rigid scaffold formation (F-BAR domain 등)
  3. Lipid clustering (sphingomyelin 등 큰 head group 지질 클러스터)
  4. Head group 제거 (phospholipase → negative curvature)

⑤ “Actin 중합으로 막 양측에 균등한 힘 제공 → 막 평평화”는 제시되지 않은 기전이며, 실제로 actin 중합은 막 돌출(protrusion) 형성 등에 관여하지 평평화에는 직접 관여하지 않음.


Q23 — 지질 앵커에서 옳은 것 ✅ ④

Prenylation(farnesylation / geranylgeranylation)의 역할:

  • Ras: farnesylation + palmitoylation → cytosolic leaflet 내측에 anchor

  • Rho, Rac, Cdc42: geranylgeranylation → cytosolic leaflet anchor

  • 막에 anchor되어야 GEF가 접근 가능 → GDP→GTP 교환 → 활성화

  • ①: Palmitoylation은 가역적 (palmitate는 동적으로 추가/제거됨) — 단백질의 localization을 동적으로 조절하는 기전.

  • ②: GPI anchor는 noncytosolic side(outer leaflet); cytosolic이 아님.

  • ③: Lipid-anchored 단백질은 TM helix 없음.

  • ⑤: Prenylated 단백질은 **cytosolic leaflet(inner side)**에 위치; outer leaflet에 없음.


Q24 — 단백질:지질 비율 ✅ ②

정리본 명시: “Protein : Lipid 질량비 ≈ 1 : 1 → protein 1개당 약 50개의 lipid molecule”

이는 단백질 1개의 분자량이 지질 ~50개의 합산 분자량과 비슷함을 의미 (단백질이 지질보다 훨씬 크므로 분자 수는 지질이 훨씬 많음).

  • ①: 1:1, 1:10이 아님.
  • ③: Myelin은 지질 비율이 매우 높음(단백질이 적음) — 전기 절연체 역할에 최적화.
  • ④: 전체 게놈 단백질의 약 **30%**가 막단백질.
  • ⑤: 단백질이 지질보다 분자량이 크기 때문에 질량비 1:1에서 분자 수는 지질이 많음.

Q25 — Hydropathy plot 결과 ✅ ②

단백질TM helix 수Hydropathy plot
Glycophorin1개Peak 1개
Bacteriorhodopsin7개Peak 7개

Bacteriorhodopsin은 7개의 TM α-helix를 가진 light-driven proton pump. 두 단백질 모두 α-helix type TM protein이므로 hydropathy plot이 잘 적용됨.


OX 해설

Q26 — O ✅

  • Lateral diffusion: ~10⁷회/초 (초당 1천만 번 수준의 위치 교환)
  • Flip-flop: 자발적으로는 수 시간 단위로 극히 드물게 발생

속도 차이의 원인: flip-flop은 친수성 head group이 소수성 bilayer core를 통과해야 하는 에너지 장벽 존재.


Q27 — X ❌

Glycolipid는 세포막 지질 중 비대칭성이 가장 극단적인 분자로, noncytosolic monolayer에만 독점적으로 분포한다. Cytosolic leaflet에는 전혀 존재하지 않음.

형성 경위: Golgi lumen에서 sugar group 추가 → Golgi lumen은 세포 외부와 topologically equivalent → 소포 이동을 통해 plasma membrane의 outer(noncytosolic) surface에 위치.


Q28 — O ✅

온도 조건콜레스테롤 효과
고온Hydrocarbon chain 과도한 이동성 억제 → 유동성↓, 투과성↓
저온결정화(crystallization) 방지 → fluid 상태 유지

체온 완충제(thermostat)로서 막이 너무 딱딱해지거나 너무 유동적이 되는 것을 모두 방지.


Q29 — X ❌

SDS는:

  • 이온성 detergent로 가장 강한 변성제
  • 단백질을 선형 사슬(linear chain)으로 풀어버림 → 3차구조 소실
  • 단백질의 존재와 크기만 확인 가능 (SDS-PAGE); 기능·구조 연구 불적합

막단백질의 구조·기능 보존 연구에는 β-octylglucoside가 적합.


Q30 — O ✅

Phosphoglyceride 중:

  • PE: 전기적으로 중성 (zwitterion, net 0)
  • PC: 전기적으로 중성 (zwitterion, net 0)
  • PS: amino group(+) + phosphate(-) + carboxyl(-) → net negative charge → 유일하게 순음전하
  • SM: 중성

단, ganglioside(glycolipid)도 sialic acid로 음전하를 갖지만 phospholipid 범주가 아님.


Q31 — X ❌

β-barrel에서 막 횡단 부위의 소수성 조건:

  • β-strand는 extended conformation → side chain이 교대로 양쪽을 향함
  • 격번(every other) 아미노산만 side chain이 소수성 방향(lipid 접촉면)이면 됨
  • 나머지 격번은 친수성 방향(pore 내벽 또는 barrel 내부 물 channel)

따라서 모든 아미노산이 소수성일 필요 없음.


Q32 — O ✅

상피세포의 도메인 격리:

  • Outer monolayer(noncytosolic leaflet) 지질: tight junction이 apical/basolateral 경계에서 확산 차단 → domain 격리
  • Inner monolayer(cytosolic leaflet) 지질: tight junction의 영향을 받지 않아 자유 확산 가능

→ 단백질 도메인 격리는 tight junction 외에 세포내 sorting 기전도 관여.


Q33 — X ❌

GPI-anchored 단백질의 실제 위치:

  • Noncytosolic(outer) leaflet = 세포 외표면에 위치
  • Cytosolic side가 아님

따라서 세포질 내 신호전달 분자와 직접 상호작용 불가. GPI-anchored 수용체가 신호를 전달하려면 co-receptor(TM 단백질)나 lipid raft를 통한 간접 기전이 필요.


Q34 — O ✅

온도 적응 기전 (단세포 생물):

  • 저온 → 세포막 유동성↓ (chain packing 밀착 위험)
  • 대응: cis-double bond가 더 많은 fatty acid 합성 → kink → chain packing 방해 → phase transition 온도↓ → 유동성 회복

고등동물에서는 콜레스테롤이 유동성 완충을 담당.


Q35 — X ❌

살아있는 세포에서 lipid raft의 특성:

  • 일시적(Transient): 필요에 따라 형성/해체
  • 동적(Dynamic): Protein-protein interaction으로 조절됨
  • 수 nm ~ 수백 nm nanoscale 규모
  • Sphingolipid–콜레스테롤 간 결합: 비공유결합(van der Waals, 소수성 상호작용) — 공유결합이 아님

인공 bilayer 실험(PC:SM:Cholesterol = 1:1:1)에서 안정적 phase 분리가 보이지만, 살아있는 세포에서는 다름.


Q36 — X ❌

두 설명이 정확히 뒤바뀌어 있음:

단백질ATP방향성기능
FlippaseATP 필요단방향 (outer→inner)PS, PE를 inner leaflet으로 수송 → 비대칭성 유지
ScramblaseATP 불필요양방향 (무작위)비선택적 flip-flop → 비대칭성 파괴

Q37 — O ✅

Amphiphilic α-helix(pore-forming):

  • 3–4 잔기 주기로 친수성/소수성 교대 → helix 표면의 절반은 친수, 절반은 소수
  • 전체 segment 평균 hydrophobicity: 낮음 → hydropathy plot에서 threshold를 넘는 양의 peak 미검출
  • TM helix 수 예측 불가 (정량적으로 측정 불가)

Q38 — O ✅

Disulfide bond 형성 조건:

  • 두 Cys의 sulfhydryl(-SH) 그룹이 산화되어야 형성
  • Cytosol: reducing environment (glutathione, thioredoxin 등 환원제 풍부) → –SH 유지 → disulfide bond 미형성
  • Noncytosolic side(ER lumen, extracellular space): oxidizing environment → disulfide bond 형성 가능

Q39 — X ❌

Hop diffusion의 정확한 정의:

  • 막단백질이 cortical cytoskeleton의 corral(구역) 안에서 자유롭게 diffusion
  • 충분한 에너지(thermal energy)가 주어지면 구역 경계를 뛰어넘어(hop) 인접 구역으로 이동
  • 다시 그 구역 내에서 diffusion → 또 hop…

즉, 완전 고정이 아닌 제한된 확산 + 간헐적 구역 이동의 복합적 운동.


Q40 — O ✅

자가봉합(self-sealing)의 열역학적 근거:

  • Bilayer에 tear → free edge 형성 → 소수성 hydrocarbon tail이 수용액에 노출
  • 노출된 소수성 tail 주변 수분자가 icelike cage 형성 → entropy↓ → 에너지적으로 불리(unfavorable)
  • 이를 해소하는 방향 = tear를 닫아 소수성 tail을 감추는 것 → 자발적 봉합
  • → sealed compartment 형성 = 생명의 compartmentalization 기반