세포막을 통한 물질 이동이 일어나야 하는 이유는 뭘까...?
세포는 서로 정보를 주고받을 수 있어야 하며, 세포 안쪽의 노폐물을 제거하는 동시에 세포막 바깥에서 영양분을 얻을 수 있어야 한다.
세포는 운반과 정보전달을 수동수송이나 능동수송의 두 가지 방법 중 하나를 통해 수행한다. 간단히 말해, 수동수송 과정은 세포에서 에너지 소비가 필요하지 않다. 그러나 능동수송 과정은 세포 안쪽에서 원하는 방향으로 세포막을 통해 물질을 '밀어내거나' '당기기'위해 대사 에너지의 사용을 필요로 한다.
수동 수송
확산
어느 공간 속에서나 작은 입자가 농도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 스스로 흩어져 분포하려는 경향을 말한다.
- 확산 에너지는 세포계 내의 분자 에너지에서 생성된다. 눈으로 볼 수는 없지만, 따뜻한 용액 속에 있는 분자는 짧고 무질서한 통로 내에서 서로 튕기며 움직이고, 그러는 동안 흩어지거나 확산되는 경향을 갖는다. 용액이 따뜻할수록 더 많은 충돌이 생기고, 확산은 빠르게 나타난다.
- 확산은 농도의 평형을 이룰 때까지 농도가 높은 곳에서 농도가 낮은 곳으로 이동한다.
분자는 고농도 부위에서 저농도 부위로, 구멍이 많은 막을 통과해서 이동하려는 경향이 있다.
이러한 작용을 농도경사에 따라 움직인다고 한다.
단순확산
분자가 세포막을 직접적으로 통과할 때를 말한다.
- 세포막의 인지질 이중층은 중간층이 소수성이기 때문에 많은 지용성 분자들이 산소(O2), 이산화탄소(CO2)와 같은 더 작은 소수성 분자들처럼 세포막을 쉽게 통과할 수 있다.
- 물(H2O)과 요소처럼 작고 전하를 갖는 입자는 작은 양만이 막을 통과하여 확산될 수 있다.
- 막을 통과하여 확산되는 분자들을 막을 투과한다라고 한다. 따라서 이러한 분자를 투과성 분자라 하며, 쉽게 확산되지 않는 분자들은 비투과성 분자라고 한다.
- 분자가 쉽게 막을 통과하여 확산되도록 하는 막을 투과성이 있다고 하고, 그렇지 않은 경우 막이 투과성이 없다고 한다.
삼투
선택적으로 투과되는 막을 통한 물의 확산이다.
- 물은 극성 분자이기 때문에 아쿠아포린이라 불리는 물을 전도하는 특정한 통로에 의해 삼투가 일어난다.
- 삼투의 결과로 용액에 생기는 물의 압력을 삼투압이라고 한다.
- 물은 항상 저장액(높은 물 농도, 적은 비투과성 용질)에서 고장액(낮은 물 농도, 많은 비투과성 용질)으로 삼투된다.
촉진확산
물과 함께 많은 전하를 띠는 수용성 입자들은 쉽게 세포막을 통과할 수 없다. 나트륨 이온(Na+)과 같은 이러한 많은 입자들은 촉진확산이라는 과정을 통해 이동한다. 이런 수동적인 과정에서 세포막의 특정한 막통로와 운반단백질은 세포 안쪽으로 입자를 운반한다.
- 통로 매개 수동수송(통로 단백질)
막의 통로는 세포막을 관통하는 단백질 구멍이다. 대부분의 통로 단백질은 오직 특정한 분자만 농도경사에 따라 어느 한 방향으로든 이동하도록 하며, 어떤 통로 단백질은 농도경사에 따라 단지 한 방향으로만 이동하게 한다. 예를 들면 나트륨 통로는 오직 Na+만, Cl-통로는 오직 Cl-만 통과한다.
- 운반체 매개 수동수송(운반 단백질)
분자는 또한 운반 단백질을 통과하여 막을 통해 농도경사에 따라 이동한다. 이러한 운반 단백질은 특정한 용질 분자를 끌어당겨 결합하는 특별한 구조를 가진다. 그 후 운반체는 결합분자를 세포 안이나 밖으로 배출하기 위해 형태를 바꾼다.
능동 수송
능동 수송은 세포가 대사에너지(ATP)를 소모하여 분자들을 농도경사에 역행하여 세포막을 통해 이동하도록 한다.
펌프에 의한 운반
막 펌프는 세포에 의해 공급되는 에너지를 이용하여 분자를 농도경사에 역행해 낮은 농도에서 높은 농도로 운반한다.
이 과정은 촉진확산과 완전히 반대가 된다.
나트륨-칼륨 펌프는 나트륨과 칼륨 이온을 세포막을 통과해 운반하지만, 각각 다른 방향으로 운반한다.
소포에 의한 운반
큰 분자 그룹을 소포를 이용해 세포 안팎으로 운반하는 기전 또한 대사 에너지를 필요로 한다. 이러한 용적운반 기전은 물질이 실질적으로 세포막을 통해 이동하지 않고, 세포의 내부로 들어오거나 나가기 때문에 펌프 기전과는 다르다.
- 세포내섭취
세포내섭취에서 세포막은 세포 외 물질을 잡아서 세포 안으로 가지고 온다.
식세포 작용
세포가 먹는 것을 의미한다. 이는 큰 입자나 미생물을 에워싸서 세포내 소포를 형성하는 세포내섭취의 한 종류이다. 그 후 이러한 소포는 리소좀(식포) 막의 벽과 결합하고, 리소좀 내 효소는 이러한 큰 입자를 작은 입자로 분해한다.
음세포 작용
체액과 체액에 용해된 물질의 세포내 섭취이다. 음세포 작용은 막 수용체와 세포외막에 있는 운반체와 같은 물질을 제거하기 위해서도 사용되어 세포막의 기능을 조절한다.
- 세포외배출
세포외배출은 소포로 둘러싸인 큰 분자들이 세포막을 통과해 이동하기에는 그 크기가 너무 큼에도 불구하고 세포를 떠날 수 있는 과정이다.
출처
네이버 지식백과
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