세포막에서의 단백질 확산 모델에 대한 비판적 검토 및 재고찰

Abstract

생물학적인 계에서의 확산은 열적 변동으로부터 일어나는 자연스러운 현상이다. 특히 세포막에서의 단백질 확산은 생물물리학에서 중요한 주제이다. 1970년대에 Saffman과 Delbruck에 의해 이 현상에 대한 모델이 처음으로 제시되었다. 그 후 확산을 보다 실제적으로 기술하기 위하여 여러 모델들이 제안되었다. 하지만 세포막에서의 단백질확산을 설명하는 방법에 있어서 대립된 의견들이 있어왔다. 이 논문에서는 제안된 모델들을 검토하고 재고찰 하고자 한다. Saffman-Delbruck모델이나 HPW모델은 세포막의 비압축성을 가정하고 있기에 실제 확산현상을 설명해낼 수 없다. 또한 특정 점도를 가진 극한에서의 비정상적인 영역의 출현에 대해 설명하지 못한다. 해석적인 방법 뿐 아니라 시뮬레이션 방법에 있어서도 몇 가지 문제들이 존재한다. 세포막 변형 효과, 기판 효과, 주변 유체의 점도, 엔트로픽 척력에 대한 것을 반영하지 못하는 것이 그것이다. 우리는 세포막에서의 단백질확산에 대한 합리적인 모델을 만드는데 필요한 4가지 요인들을 제안하고자 한다. 첫째로 압축성에 대한 가정이 필요하다. 전면적인 압축성에 대한 해는 존재하지 않지만, 지역적인 압축성에 대해서는 비선형 Navier-Stokes방정식으로 해를 구할 수 있다. 둘째로 위치에 상관관계를 가지는 점도를 사용하는 것이 비정상적인 영역의 출현을 설명하는 힌트가 될 수 있을 것이다. 셋째로 LBM방법이 변형 효과, 주변 유체의 점도 등을 반영할 수 있기에, 계산에 사용될 시뮬레이션 방법의 후보가 될 것이다. 마지막으로 확산계수가 시간에 대해 상수가 아니기 때문에, 시간에 관련된 항들을 고려해야 한다. Langevin방정식에서 메모리가 있는 저항력을 고려해주는 것이 그것이다. 이와 같은 4가지 요소들을 고려하면 세포막에서의 단백질 확산에 대한 보다 논리적이고 합리적인 모델을 제안할 수 있을 것이다.