[세포생물학] 4.3 : 수동수송(passive transport)

이번 포스트에서는 수동수송에 대해 조금 더 자세히 알아볼게요.

 

일단 능동수송, 수동수송의 기본개념이 궁금하신 분들, 혹은 능동수송에 대해 특별히 더 궁금하신 분들은 아래의 이전 포스트들을 참조해주세요.

 

[세포생물학] 4.1 : 지질막 투과성, 세포막 물질수송

 

[세포생물학] 4.2 : 능동수송(active transport)

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앞서 언급했던 것처럼 수동수송은 channel과 transporter 모두에 의해 매개될 수 있어요.

 

이 중 channel, 특별히 전하를 가진 입자들인 이온들을 수송하는 ion channel에 대해 알아볼게요.

 

 

ion channel은 특정한 종류의 이온을 매우 선택적으로 수송시킬 수 있는데요.

 

이 때 중요한 것은 ion channel도 channel의 일종이기 때문에 수송 과정에서 channel의 3차원적인 모양은 바뀌지 않아요.

 

 

아니, 그렇다면 이 ion channel들은 항상 열려있기만 하나요?

 

물론 그렇지는 않아요.

 

 

 

ion channel들이 개폐를 조절하는 방식은 크게 3가지가 있는데, 이에 대해 하나하나 간단히 알아볼게요.

 

 

첫 번째 방법은 voltage-gated에요.

 

 

이게 뭔 말이냐... 어렵게 생각할 것 없이 이름에 나와있는 그대로의 의미로 받아들일 수 있어요.

 

voltage, 즉 전하에 의해 개폐가 조절되는거죠.

 

이런 방식으로 개폐가 조절되는 대표적인 channel들이 뉴런(neuron)에 있는 voltage gated Na+ channel, voltage gated K+ channel 등이에요. 이에 대해서는 신경과학 파트에서 더 자세히 설명할 기회가 있을 것 같아요.

 

 

두 번째 방법은 ligand-gated에요.

 

이 때 ligand라는 용어는 말 그대로 신호 전달에 관여하는 작은 전달체를 의미해요.

 

그러므로 ligand-gated channel들은 세포의 내외부에서 전달된 ligand들의 유무에 의해서 개폐가 조절되는거죠.

 

 

마지막 방법은 mechanically-gated에요.

 

 

이 케이스는 말 그대로 물리적인(mechanical) 자극에 의해 channel의 개폐가 조절되는 경우예요.

 

이 때 channel들의 개폐 조절에 영향을 미치는 가장 대표적인 물리자극 중 하나가 진동이에요.

 

 

이 경우 당연히 외부에서 진동이 가해지면 세포막에 있는 mechannically-gated channel이 열리고 ion 수송이 일어난 결과 특정한 반응이 유발되는 식으로 작동하겠죠.

 

어찌보면 이런 channel이 있는 것은 당연한데, 우리가 진동을 느끼고 반응할 수 있다는 것은 우리 몸을 이루는 세포들도 어떤 식으로든 진동을 느끼는 것이 이치에 맞겠죠?

 

 

 

자, 그런데 이 정도 설명을 들어서는 channel이 당최 어떤 녀석인지 감이 잘 잡히지 않으실 것 같아요.

 

특히나 channel은 3차원적인 구조도 그대로라고 하는데, 도대체 이 녀석이 어떻게 특정 이온들을 선택적으로 수송할 수 있다는 건지 이해가 가지 않으실 것 같아요.

 

 

그래서 이해를 돕기 위해 실제로 세균(bacteria)에서 사용되는 포타슘(K+) channel을 예로 들어서 이 녀석이 어떻게 포타슘만을 선택적으로 수송시킬 수 있는지에 대해 알아볼게요.

 

세균이 가지고 있는 K+ channel은 위와 같은 구조를 가지고 있어요.

 

이 때 이 channel은 특히나 포타슘(K+)을 위 그림상의 아래에서 위, 다시 말해 세포질(cytosol)에서 세포 밖으로 특이적으로 운반해주는 역할을 수행해요.

 

 

그러면 어떻게 이런 역할을 수행하느냐...

 

이를 이해하기 위해서는 위 그림에 나와있는 K+ channel의 구조를 조금 더 유심히 관찰해볼 필요가 있어요.

 

 

우선 위 그림에서 항아리 모양으로 불룩 튀어나온, vestibule이라 표시된 부분을 살펴보죠.

 

이 부분은 그림에서도 나타나 있듯이 매우 공간이 크다보니 여기까지는 포타슘(K+) 이외에 다른 이온들도 마음대로 통과할 수 있어요. (즉 vestibule 까지만 해도 이온 선택성이 없어요)

 

 

그런데 그보다 조금 더 위로 올라가면 selectivity filter라는 아주 좁은 관 모양의 구조가 나오게 되죠. 이 관모양의 구조는 양 옆에 존재하는 pore helix 중 일부가 튀어나와서 형성한 selectivity loop에 의해 형성되는데요. 

(뭔가 이름들이 어려워 보이지만, 그냥 단백질 2차구조 중 helix 구조들이 서로 모여있는데, 이 구조 중 일부가 고리 형태로 빠져나와서 selectivity filter의 벽면을 형성한다고 생각하시면 될 것 같아요)

 

 

이 selectivity filter를 통과하는 과정에서 물분자에 둘러싸여있던(즉, 수화되어있던) 이온들은 물 분자와 이별하게 되고, 그 대신 selectivity filter 벽면에 있는 O(산소)와 상호작용하게 되요.

 

 

이 때 filter의 직경이 딱 적당해서, 딱 포타슘(K+)과 selectivity filter 벽면의 O가 상호작용할 만큼의 공간만 형성되어 있어요. 그렇다 보니 포타슘보다 더 작은 이온들은 벽면부 O와의 상호작용이 부족해서 이 filter 부위를 통과하지 못하고, 포타슘보다 더 큰 이온들은 아예 selectivity filter를 비집고 들어가지도 못하게 되는거죠.

 

 

정리하자면 세균이 가지고 있는 K+ channel은 selectivity filter의 직경을 딱 K+ 이온에 맞는 크기로 가지고 있어서 K+만 선택적으로 투과시킬 수 있어요.

 

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이번 포스트에서는 수동수송이 어떻게 이루어지는지에 대해 간단히 살펴보았고, 수동수송을 매개하는 녀석 중 하나인 channel의 개폐가 어떻게 조절되며, 이들의 '선택적 투과'는 어떻게 이루어지는지에 대해 살펴봤어요.

 

 

다음 포스트에서는 ion channel들의 역할을 가장 제대로 보여줄 수 있는 시스템 중 하나인 신경세포(neuron)를 예로 들어서 ion channel들이 어떤 식으로 작동할 수 있는지에 대해 알아보도록 할게요!