예전에 생물학 실험시간이 다가오면 은근히 기대되기도 했지만 두려워서 피하고 싶은 때도 있었다. 동물 세포 관찰 실험이 대표적이다. 여기서 동물은 학생이고 세포는 적혈구나 백혈구였다. 자기 피를 뽑아 현미경으로 세포를 관찰하는 것이다.

적혈구는 약 120년 전부터 세포막의 구조와 성분을 밝히기 위한 여러 실험에서 자주 사용됐다. 그 결과 적혈구 세포막을 자유롭게 출입하는 물질은 지용성이고 적혈구 세포막에서 추출한 성분이 인지질과 단백질이라는 것이 밝혀졌다.

세포막의 상당 부분을 차지하는 인지질은 비누처럼 물과 결합하는 부위와 물과 결합하지 않는 부분을 모두 갖고 있는데 기름과 쉽게 결합하는 부위가 훨씬 더 많다. 그래서 세포는 얇은 기름막으로 둘러싸인 공이라 할 수 있고 이 기름막을 통해 물과 결합하지 않은 분자가 통과할 수 있다. 산소와 이산화탄소 분자들은 세포막을 자유롭게 통과한다. 그 결과 우리가 흡수한 산소는 적혈구 안으로 들어가 헤모글로빈과 결합한 상태로 몸 곳곳으로 이동해 목적지에 도착하면 다시 세포 내로 들어간다. 세포에서 부산물로 생긴 이산화탄소도 세포막을 통과해 적혈구가 있는 혈액으로 움직인다.생물에게 물은 절대적으로 중요하다. 세포들은 일정 정도 물을 확보해야 하므로 필요할 때마다 물의 수송이 가능해야 한다. 다행히 물 분자는 인지질 분자보다 작아 세포막을 자유롭게 통과할 수 있다. 그렇다고 아무렇게나 세포막을 통과하는 것은 아니다. 세포막을 기준으로 양쪽 농도 차이를 이용해 이동한다.

맹물에 적혈구를 넣으면 물의 농도가 높은 맹물로부터 상대적으로 물의 농도가 낮은 세포 안으로 물 분자들이 이동한다. 삼투 현상이다. 식물의 세포벽과 같은 세포 보호 구조물이 없는 적혈구 같은 동물 세포에 삼투 현상으로 물이 계속 유입되면 결국 터져버린다. 마라톤 도중 땀을 많이 흘린 선수가 한꺼번에 물을 많이 마셨다가 목숨을 잃는 사건이 일어나기도 하는데 이는 삼투 현상에 의한 세포 손상 때문이다.

세포 안보다도 염분 농도가 높은 물에 세포를 넣으면 어떻게 될까. 바다에 살고 있는 물고기를 생각해보면 된다. 당연히 삼투 현상으로 세포 안의 물이 바깥으로 빠져나가 물고기는 살지 못하거나 살더라도 쭈글쭈글해질 것이다. 그렇지만 이런 일은 일어나지 않는다. 왜냐하면 물고기들은 아가미를 통해 염분을 몸 밖으로 내보내기 때문이다.

세포막을 통한 물의 이동은 일상에서도 어렵지 않게 찾아볼 수 있다. 바다를 막아 농지를 만들기 위해선 토양 속 염분을 충분히 제거해야 한다. 그렇지 않은 상태에서 벼나 보리 같은 농작물을 심게 되면 식물들은 물을 빼앗겨 고사하게 된다. 변비약의 원리도 마찬가지다. 대장 세포로부터 삼투 현상을 일으켜 대변이 물을 흡수하게 하는 것이다. 야채를 싱싱하게 보이고 싶다면 맹물에 넣으면 된다. 이처럼 물의 이동은 매우 중요해 생물들의 세포에는 물의 이동만 담당하는 물 통로 단백질이 많이 발견된다. 우리가 신장에서 소변의 양을 조절할 수 있는 이유도 바로 이 단백질 덕이다.

세포막은 생물의 생존을 위해 진화한 결과물로 물질들의 출입을 적절히 조절한다. 규율에 얽매어 너무 엄격하게 출입을 제한하는 경비원이나 있으나마나한 출입차단기를 볼 때마다 세포막이 떠오르는 이유는 뭘까.