인체를 구성하는 세포의 구조와 기능에 대해 이전 블로그에서 알게 되었습니다. 오늘은 세포를 둘러싸고 있는 세포막에서 세포 안으로 영양분과 산소를 공급하고 세포 밖으로 노폐물과 이산화탄소를 배출하는 필수적인 대사활동이 일어나야 합니다. 그래야 인체의 생명활동을 할 수 있기 때문입니다. 이 블로그 내용을 통해서 세포막을 통과하는 물질이동방법에 대해 알려드리고자 합니다. 세포막을 통한 물질이동은 우리가 생명을 유지하는 모든 현상을 포함합니다. 세포막을 통한 물질이동 방법에는 크게 수동이동과 능동이동이 있습니다. 수동이동과 능동이동으로 분류하는 기준은 에너지의 사용 유무에 따라 나뉩니다. 수동이동은 다시 크게 확산과 촉진확산으로 나뉘고 여기서 확산은 지질층을 통한 확산과 이온통로를 통한 확산으로 나뉘게 되며 확산은 에너지를 필요로 하지 않고 단백질과 무관한 운반입니다. 반면 능동이동은 일차능동이동과 이차능동이동으로 나뉘며 이차능동이동으로 나뉘며 일차능동이동은 에너지를 필요로 하며 수동이동인 촉진확산과 함께 단백질을 운반하는 이동입니다. 다시 한번 자세히 세포막을 통한 물질이동에 대해 알아보도록 하겠습니다.
세포막을 통한 수동이동
세포막을 통한 수동이동에는 크게 확산과 촉진확산이 있습니다. 또 다시 확산에는 세포막 지질층을 통한 확산과 이온통로를 통한 확산으로 나뉘게 됩니다. 확산이란 에너지가 높은 곳에서 낮은 곳으로 물질이 이동하는 현상을 확산이라고 합니다. 인체에서는 보통 세포 안에는 -상태를 띄우고 세포 밖에서는 +상태를 분극 상태라고 이야기 합니다. 이때 인체에 있는 이온이나 물질의 농도차이가 높은 쪽에서는 낮은 쪽으로 이동하여 일정시간 후에는 농도가 같은 평형상태에 도달하게 됩니다. 확산은 다시 지질층을 통한 확산과 이온통로를 통한 확산으로 나뉘게 됩니다. 지질층을 통한 확산은 지방에 잘 녹는 물질들은 지질층에 용해된 후 세포 안이나 밖으로 확산되게 됩니다. 이런 이동을 지질층을 통한 확산이라고 하며 지방에 잘 녹는 물질에는 산소, 이산화탄소, 질소, 암모니아, 알코올, 지방산, 지용성비타민 등이 있습니다. 이온 통로를 통한 확산은 전하를 띄는 이온은 지질층을 통해 확산되지 못하지만 단백질로 구성된 이온통로를 통해 세포막을 통과할 수 있습니다. 이온통로를 통한 확산의 큰 특징은 특정한 이온만 선택적으로 통과시키며 통로를 열고 닫는 문이 있습니다. 그렇기 때문에 특정 이온만 이온통로를 통해 세포 밖과 안으로 확산되며 문이 닫혀있는동안에는 물질이동(확산)이 되지 않습니다. 다음은 촉진확산 입니다. 촉진확산은 운반체매게확산이라고도 합니다. 촉진확산은 어떤 물질이 세포막에 있는 특정한 운반체와 결합하여 세포막을 통과하는 기전을 이야기 합니다. 대표적인 예로 포도당과 아미노산이 있습니다. 혈액의 포도당은 포도당운반체에 의해 세포안으로 운반되는데 이때 운반되는 속도가 지질층을 통한 확산보다 빠르게 촉진되며 생리적 범위 내에서 혈당이 증가하게 된다 하지만 어느 시점에서 혈당은 증가하더라도 포도당의 운반량이 증가하지 않게 된다. 왜냐하면 세포막에 있는 포도당 운반체 수에는 한계가 있기 때문이다. 즉, 물질의 농도가 높을 수록 많은 양이 확산이 될 때 운반체의 수에 따라서 확산될 수 있는 최대향이 정해지는 것을 촉진확산이라고 한다. 이외에 물은 삼투를 통해 세포안과 밖을 이동하게 됩니다. 삼투는 물의 확산을 이야기 하며 물의 농도가 높은곳에서 낮은 곳으로 확산할 때 세포막을 통해 물이 확산하는 현상입니다. 삼투의 예로는 적혈구가 있습니다. 적혈구의 막을 통해 이동하는 물의 양이 서로 같기 때문에 적혈구의 부피는 일정하게 유지되며 물의 이동이 없는 것 처럼 보입니다. 하지만 여기서 조금이라도 적혈구 안으로 이동하는 물의 양이 적으면 적혈구가 위축되고 물의 양이 많으면 적혈구가 팽창될 것이다.
세포막을 통한 능동이동
세포막에서는 수동적으로 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동하는 수동이동이 나타나게 됩니다. 하지만 수동이동만 일어난다면 어느 시점에서는 세포 밖과 안에 물질의 농도가 같아져서 생명활동이 정지하게 될 수 있습니다. 그렇기 때문에 확산하는 만큼 다시 반대방향으로 이동시키는 능동이동이 필요합니다. 즉, 능동이동은 어떤 물질이 저농도에서 고농도로 역행해서 운반되는 것을 능동이동이라고 하며 능동이동에는 운반체(단백질)와 에너지를 요구 합니다. 능동이동은 ATP사용 유무에 따라서 일차능동이동과 이차능동이동으로 구분합니다. 일차능동이동은또한 물질 운반에 필요한 에너지를 ATP로 부터 직접 공급받는 능동이동 입니다. 운반체가 ATP를 소모하면서 농도경사를 역행하여 물질은 운반하는 것으로 일차능동이동이 마치 펌프로 퍼올리는 것과 비슷하다고 하여 펌프(pump)라고 합니다. 다양한 펌프작용기전들이 많지만 대표적으로 Na+/K+기전이 있습니다. 이 기전은 다음 블로그 내용으로 보여드리겠습니다. 이차능동이동은 세포막의 Na+/K+의 펌프 작용의 결과로 Na+의 농도가 세포 내액에 비해 높아져 세포 밖에 있는 Na+가 세포 안으로 확산하려고 할 때 이 힘을 에너지로 하여 포도당이 농도경사에 역행하여 세포 안으로 이동하게 되는 것을 이차능동이동이라고 한다. 이차능동이동은 일차능동이동과 달리 ATP의 소모가 없다.
세포막의 통한 이동에는 다양한 방법들이 있다. 또한 인체의 생명활동을 유지하기 위해 지금도 세포에서는 수동이동과 능동이동을 하고 있을꺼 같다고 생각이 듭니다. 조금 어려운 내용일 수 있지만 인체를 공부하는 가장 기초적인 학문이기에 반복해서 공부하려는 마음가짐이 매우 중요합니다. 오늘도 긴 글 읽어주셔서 진심으로 감사합니다.