[생화학] 10.4 : 능동수송(active transport) - 2

 

 

 

이번 포스트에서는 지난 포스트에 이어 다른 type의 능동수송에 대해 알아보자.

 

 

proton transport and chemical energy of ATP

 

ATP 가수분해로 얻는 에너지를 이용해서 proton을 membrane을 투과해 drive시키는 type의 ATPase가 있는데, 이들을 V-type ATPase라 부름. (다만 앞서 살펴봤던 것처럼 P-type의 일부(stomach에서 작용)도 이런 일을 할 수 있음) 이들은 pH를 control하는데 있어 상당히 중요한 역할을 함. 참고로 V-type에서 V는 vacuole이며, 이는 vacuole 막에 주로 V-type ATPase가 존재해서 vacuole 내부 pH를 낮게 유지시켜주기 때문임.

 

 

한편 반대 과정으로 chloroplast나 mitochondrial membrane에서는 proton gradient를 이용해서 ATP를 합성해주는 녀석도 있는데, 이 녀석을 F-type ATPase라 함.

 

 

 

 

위 그림의 (a)는 V-type ATPase를, (b)는 F-type ATPase를(물론 이 경우 V-type으로도 working할 수 있기는 함) 나타내주고 있음.

 

우선 (a)부터 보면 이 경우 cytosol에서 vacuole lumen으로 proton을 pumping해주며, 이 때 ATP가 소모되는 region인 V1 region은 cytosol 쪽에 존재하고 있음. 한편 막에 박혀있는 부분을 V0라 부름.

 

 

다음으로 (b)를 보면 이 경우 mitochonrdial membrane에 박혀있는데, 이 때 이 녀석의 F1 domain에서 ATP가 가수분해되면서 mitochondrial matrix로 수소이온이 pumping될 수도 있지만, 이보다는 수소이온이 mitochondrial matrix에서 cytosol로 빠져나가면서 ATP가 합성되는 red line에 해당하는 일이 더 많이 일어남. 즉, proton pump로도 사용될 수 있기는 하나 ATP synthase로 주로 기능함.

 

 

 

ABC transporter

 

마지막으로 ABC transporter에 대해 알아보자. 이 경우에도 substrate를 transport하기 위해 ATP hydrolysis를 이용한다는 사실은 동일함.

 

 

 

ABC transporter는 위 그림에 나타난 것과 같이 inward facing과 outward facing의 두 가지 conformation을 가질 수 있음. 이 때 사실 위 그림 왼쪽의 inward facing structure는 multidrug transporter(MDR)의 구조에 해당하고, 위 그림 오른쪽의 outward facing은 전혀 다른 bacteria의 ABC transporter의 구조에 해당함. 따라서 이 둘은 같은 protein의 2가지 conformation을 나타내주고 있지는 않음.

 

 

ABC transporter는 각종 amino acid, metabolite 등의 수송에 중요하고, 그 밖에 세포 내로 들어온 drug를 뱉어내는 기능을 하는 MDR도 이 transporter에 해당함.

 

 

 

위 그림에서는 실제로 outward-facing과 inward-facing 각각에 의해 substrate가 운송되는 과정이 나타나 있음. 이 때 그림상 화살표는 틀린것으로 보이는데, 실제로는 inward-facing일 때 cytoplasm에서 기질이 들어오고, outward-facing일 때 기질이 extracellular space로 나가게 됨.

 

 

 

 

위 그림에는 ABC transporter의 대표적인 예시인 CFTR transporter가 나타나 있음. 이 transporter는 Cystic Fibrosis Conductance regulator이며, Cl- channel에 해당함. (이들은 주로 respiratory track에서 기능함) 이 때 주의할 것이 있는데, 이 녀석에도 ATP가 붙기는 하지만, 실제로 Cl-가 수송되는 방향은 농도구배에 순행하는 방향이라는 것임.

 

 

그런데 이 CFTR transporter gene에 mutation이 생길 시 Cystic Fibrosis가 발생할 수 있음.

 

 

 

 

실제로 이 mutation이 생기게 될 시 세포 밖으로 chloride ion이 나가지 못하게 됨. 그런데 그러면 salt gradient가 제대로 형성되지 않으므로 덩달아 water도 같이 못나가게 됨. 그 결과 respiratory track의 mucus가 너무 끈적끈적해지게 되고, 그럴 시 cilia가 아무리 청소를 하려 해도 bacteria 등이 제대로 청소되지 못할 것임. 그 결과 각종 감염성 질환이 나타나 위험해지게 됨.

 

 

 

다음 포스트에서는 아쿠아포린(aquaporin)에 대해 알아보자.