이번 포스트에서는 지질막의 투과성, 그리고 세포막을 통해 일어나는 각종 물질수송의 종류에 대해 알아볼게요.
1. 지질막의 투과성
앞서 세포막을 이루고 있는 인지질 이중층이 위와 같이 생겼다고 말했었어요.
보시면 친수성 머리(hydrophilic head)가 바깥쪽으로, 소수성 꼬리(hydrophobic tail)가 안쪽으로 향해있어요.
위 그림을 가만히 들여다봤을 때 친수성 머리와 소수성 꼬리 중 어떤 것의 비율이 더 많아보이나요?
소수성 꼬리가 더 많아보이지 않나요?
실제로도 친수성 머리는 바깥쪽 한 층만을, 소수성 꼬리는 안쪽 몸체 전부를 구성하므로 세포막의 전반적인 특성은 소수성이라 할 수 있어요.
이게 무엇을 의미하느냐...
인지질 이중층을 그냥 투과하기 위해서는 '소수성'을 가져야 한다는 거죠.
실제로 소수성을 가져서 인지질 이중층을 잘 통과할 수 있는 물질로는 산소, 이산화탄소, 질소, 스테로이드(steroid), 일부 호르몬(hormone) 등이 있어요.
이 밖에 소수성이라 부르기는 뭐하지만 너무나 작고 전하를 띄지 않아서 마찬가지로 인지질 이중층을 통과할 수 있는 녀석들이 있는데, 물, 요소(urea), 글리세롤(glycerol) 등이 이에 대한 예시에요. 다만 이 녀석은 앞서와는 달리 소수성을 띄지는 않기 때문에 인지질 이중층을 아주 잘 통과하지는 못하고 약간만 통과할 수 있어요.
한편, 전하를 가지고 있는 녀석들은 크기를 불문하고 인지질 이중층을 통과하는 것이 거의 불가능해요. 왜냐하면 애초에 전하를 가진 녀석은 물과 친할 수 밖에 없어서 절대 소수성이 될 수 없기 때문이에요.
(부연설명을 하자면 물 분자는 서로 전기음성도가 다른 두 원자인 H, O로 이루어져 있어서 분자 내에 쌍극자 모멘트가 생기게 되고, 그 결과 분자 내 분극이 일어나서 전하를 가진 다른 입자들과 쉽게 상호작용할 수 있어요)
이렇듯 전하를 가져서 인지질 이중층을 통과할 수 없는 대표적인 물질로 H+, Na+, K+, Ca2+, Cl-, Mg2+ 등이 있어요.
그런데 전하를 가진 이온들이라 하더라도 세포 내에서 필요한 녀석들이 대부분이에요.
그렇다면 이 녀석들은 도대체 어떻게 세포막을 투과해서 들어올 수 있을까요?
이 때 전 포스트에서 설명했던 막단백질이 관여해요.
특히나 특정 물질들의 세포 내외 수송에 관여하는 막단백질을 막수송단백질(membrane transport protein)이라고 불러요.
막수송단백질에는 크게 두 가지 종류가 있어요.
1. transporter
2. channel
이 두 녀석은 용어부터 헷갈리기 때문에 차이점을 확실히 알아둘 필요가 있어요.
위 그림의 왼쪽은 transporter, 오른쪽은 channel인데요.
그림을 유심히 보시면 차이점을 알 수 있어요.
가장 큰 차이점은,
transporter는 물질을 수송하는 과정에서 입체 구조 변화가 일어나고
반면 channel은 물질 수송 과정에서 별다른 입체 구조의 변화가 없다
는 거예요.
2. 물질 수송의 종류
방금은 물질 수송에 관여하는 막수송 단백질의 종류에 대해 살펴봤었고요.
이제 물질 수송 그 자체의 종류에 대해 조금 더 살펴볼게요.
물질 수송은 크게 수동수송(passive transport)과 능동수송(active transport)으로 나뉘고, 수동 수송 내에 단순확산(diffusion)과 촉진확산(facillitated diffusion)이 포함되어 있어요.
우선 수동수송(passive transport)과 능동수송(active transport) 각각이 무엇인지에 대해서부터 알아볼게요.
수동수송은 농도기울기에 순행해서 물질을 수송하는 방식이에요. 위 그림 왼쪽을 보시면 물질들이 다 많은 쪽에서 적은 쪽으로 이동하는게 보이시죠? 많은 쪽에서 적은 쪽으로의 이동은 물 흐르듯이 자연스러운 현상이기 때문에 외부 에너지를 들이지 않고도 이루어질 수 있어요.
한편 능동수송은 농도기울기에 역행해서 물질을 수송하는 방식이에요. 위 그림 오른쪽을 보시면 물질(다이아몬드 모양)이 적은 쪽에서 많은 쪽으로 이동하고 있는 게 보이시죠? 이건 어찌보면 굉장히 부자연스러운 흐름이죠? 그렇기 때문에 외부에서 에너지를 가해줘서 강제로 물질을 퍼올려야 해요. 이 때 생물체에서 사용 가능한 가장 대표적인 에너지 화폐가 바로 위 그림에 나타나 있는 ATP예요.
그리고 앞서 말했듯 수동수송 내에는 단순확산(diffusion), 촉진확산(facillitated diffusion)이 포함되어 있어요.
단순확산은 본 포스트 맨 앞에서 봤듯이 인지질 이중층을 직접적으로 투과해 일어나는 수동수송이고, 촉진확산은 막단백질을 통해서 일어나는 수동수송이에요. 다만 이 둘 모두 에너지를 들이지 않고 농도구배에 순행해서 물질을 수송한다는 것은 공통점이에요.
넘어가기 전에 하나 더 짚고 넘어가야 할 사항이 있어요.
앞서 막수송단백질이 transporter와 channel로 구분된다고 했었죠?
이 중에서 channel은 수동수송에서만 사용되고, transporter는 수동수송, 능동수송에서 모두 사용될 수 있어요.
(사실 이 사항은 위 그림에서도 막단백질 모양으로 표현되어 있어요)
이제 마지막으로 수송 방법에 따른 수송속도에 대해 알아볼게요.
위 그래프가 익숙하신 분들도 많으실텐데요.
보시면 단순확산(simple diffusion)의 경우 이동되는 물질의 양이 많아지면 많아질수록 이동속도도 비례해서 증가해요.
한편 촉진확산(facilitated diffusion)의 경우 이동되는 물질의 양이 많아지다 보면 어느 시점에서 이동속도가 더 이상 증가하지 않고 포화되어버려요. 이렇게 되는 이유는 촉진확산의 매개체가 막단백질이어서예요.
다시 말해 세포막에 있는 막단백질이 유한한 수만큼 존재하기 때문에 결국 이 단백질들이 모두 물질이동에 참여하게 된 순간 더 이상 물질 농도가 높아지게 되어도 이동속도는 증가하지 않는거죠.
+) 참고로, 촉진확산 중에서도 특히 transporter를 통해 일어나는 촉진확산이 위 그림 빨간색과 같은 개형을 보이고, 촉진확산 중에서 channel을 통해 일어나는 경우에는 촉진확산임에도 불구하고 초록색에 가까운 개형을 보여요.
이번 포스트에서는 인지질 이중층의 투과성, 물질 수송의 종류 등에 대해 개괄적으로 알아봤어요.
다음 포스트에서는 능동수송(active transport)에 대해 본격적으로 알아보도록 할게요.
'전공자를 위한 생물학 > 세포생물학' 카테고리의 다른 글
| [세포생물학] 4.3 : 수동수송(passive transport) (0) | 2021.01.22 |
|---|---|
| [세포생물학] 4.2 : 능동수송(active transport) (3) | 2021.01.20 |
| [세포생물학] 3.4 : 막단백질의 추출, 정제, 막단백질의 막유동성 (1) | 2021.01.16 |
| [세포생물학] 3.3 : 세포막 단백질(membrane protein) (2) | 2021.01.15 |
| [세포생물학] 3.2 : 세포막의 유동성(fluidity), 지질 뗏목(lipid raft), 비대칭성(asymmetry) (4) | 2021.01.04 |