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| 세포막에서의 물질 수송 방식[1] |
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1. 개요
Active transport / 能動輸送능동수송은 세포막을 사이에 두고 어떤 물질을 농도가 낮은 쪽에서 높은 쪽으로, 즉 일반적인 농도 기울기를 거슬러 이동시키는 과정이다. 물질에 아무것도 하지 않은 채 내버려 두면, 물질들은 확산에 의해 농도가 높은 쪽에서 낮은 쪽으로 이동하려 한다. 이걸 거꾸로 이동시키는 능동수송은 어떤 형태로든 반드시 에너지를 소모하게 된다.[2] 능동수송은 농도 기울기에 역행하여 물질을 이동시켜야 하는 위장에서의 영양소 흡수, 세포질 내부의 이온 농도 유지 등에 중요하게 작용한다.
2. 종류
2.1. 일차능동수송
대다수의 능동수송은 일차능동수송(primary active transport)에 속한다. 일차능동수송은 아데노신3인산(ATP)이 가수분해되면서 방출되는 에너지를 이용하며, 대표적인 예시로 나트륨-칼륨 펌프가 있다.
2.2. 이차능동수송
이차능동수송(secondary active transport)은 ATP의 에너지를 직접적으로는 이용하지 않는 형태의 능동수송이다. 이차능동수송에서는 다른 이온, 특히 나트륨 이온이 확산하는 것과 동시에 다른 이온을 농도 기울기에 역행하여 이동시키는, 막전위의 평형을 이용한다. +전하와 -전하 사이에는 끌리는 힘이 있고 이 힘 때문에 전하들은 위치 에너지를 갖는다. 이차능동수송에서는 이 위치에너지를 세포막에 위치한 일종의 모터를 회전하는 데 이용한다.
3. 기능
능동수송의 중요한 기능은 영양소의 흡수다. 소화계에서의 영양소 흡수나, 배설계에서의 포도당과 아미노산의 재흡수는 모두 능동수송에 해당한다. 예를 들어, 이차능동수송 단백질인 나트륨 의존성 포도당 공동수송체(sodium dependent glucose cotransporters, SGLT)는 장이나 콩팥에서 포도당을 능동수송하는 역할을 한다. 다수의 아미노산 공동수송체들도 이차능동수송을 통해 아미노산을 흡수, 재흡수한다.능동수송은 체내의 물질 농도차를 일정하게 유지하는 데에도 필수적이다. 능동수송이 없다고 가정한다면, 물질은 확산에 의해 고농도에서 저농도로 이동하게 되므로 결국 세포막 안팎 농도가 똑같아지게 된다. 이를 막기 위해 능동수송을 통해 확산으로 이동한 물질을 다시 저농도 부분으로 돌려놓아, 안팎의 농도차를 유지하는 것이다. 예시로, 일차능동수송 단백질의 일종인 양성자 펌프(proton pump, H+-K+-ATPase) 같은 경우는 위의 벽세포(parietal cell)에 주로 분포하며, 이들은 수소 이온을 계속 위 내강 쪽으로 능동수송시켜 위액의 pH를 강산성으로 유지한다.[3] 또 다른 일차능동수송 단백질인 칼슘 펌프(Ca2+ pump, Ca2+-ATPase)는 세포막과 소포체 막에 분포하며 칼슘 이온을 계속 세포질에서 세포 밖과 소포체 안으로 능동수송시켜, 세포질의 칼슘 이온 농도를 낮게 유지한다.[4] 이렇게 칼슘 이온 농도가 조절되는 이유는 칼슘 이온이 체내의 중요한 이차 전달자(secondary messenger) 역할을 하고 있어, 칼슘 이온 농도의 조그마한 변화도 바로 특정 신호 전달 경로를 활성화할 수 있기 때문이다.