세포막의 구조와 물질 이동

핵심 정리

세포막은 세포 안팎을 구분하고 물질의 출입을 조절하는 선택적 투과성 막이며, 모든 세포막은 인지질 이중층을 기본 구조로 한다. 물질이 막을 통과하는 방식은 ATP 사용 여부, 막단백질의 이용 여부, 농도 기울기에 대한 이동 방향으로 구별한다. 수동 수송에는 단순 확산과 촉진 확산이 포함되고, 둘 다 ATP를 쓰지 않으며 물질은 농도 차에 따라 이동한다. 능동 수송은 물질의 이동 방향과 에너지 사용 여부로 구분한다. 능동 수송은 ATP를 사용하여 물질을 농도 기울기에 거슬러 이동시킨다.

단순 확산에서는 물질이 막단백질의 도움 없이 지질 이중층을 직접 통과한다. 산소는 농도 차이에 따라 막을 직접 통과하는 단순 확산으로 이동한다. 촉진 확산은 막단백질을 이용하지만 ATP를 소비하지 않고, 물질을 저농도에서 고농도로 옮기지 않는다.

Na⁺-K⁺ 펌프는 ATP를 이용하는 막 운반체 단백질이며, 이 펌프로 농도 기울기에 거슬러 일어나는 이온 이동은 능동 수송이다.Na⁺-K⁺ 펌프를 이용해 물질을 농도 기울기에 거슬러 이동시키는 방식은 능동 수송이다. 펌프 작용에 쓰이는 ATP는 ADP와 인산으로 분해된다. 세포막을 통한 이동에는 막을 가로지르는 수송 외에 소낭을 통한 수송도 있다. 세포내 섭취는 세포막이 물질을 둘러싸 세포 안으로 들이는 과정이고, 세포외 배출은 소낭이 세포막과 융합해 내용물을 밖으로 내보내는 과정이다.

자세히

세포막을 통한 이동을 판단할 때는 물질의 종류를 먼저 단정하기보다, 주어진 조건과 이동의 특징을 함께 살핀다. 세포막은 인지질 이중층을 기본으로 하며, 막단백질은 특정 물질의 이동에 관여할 수 있다. 따라서 물질이 막을 통과하는지, 막단백질을 이용하는지, ATP가 필요한지, 농도 기울기를 거스르는지를 구분하면 세 가지 수송 방식을 판별할 수 있다. 막단백질 이용, ATP 사용, 이동 방향은 각각 확인해야 할 기준이다. 막단백질을 쓴다는 정보만으로 ATP 사용 여부를 알 수는 없다. 농도 차에 따라 이동하더라도 단순 확산과 촉진 확산을 구분하려면 막단백질을 이용하는지 확인해야 한다.

단순 확산은 물질이 농도 차에 따라 고농도 쪽에서 저농도 쪽으로 이동하며, 막단백질 없이 지질 이중층을 직접 통과하는 방식이다. 세포가 에너지를 공급하지 않아도 진행되므로 ATP를 사용하지 않는다. 산소는 이 방식으로 세포막을 통과한다. 산소의 폐포에서 모세 혈관으로의 이동도 단순 확산이다. 이 사례를 기억할 때는 산소라는 물질의 이름과 함께, 농도 차에 따른 직접 통과라는 이동 원리를 연결해야 한다. 산소가 막단백질을 거쳐 이동한다고 해석하거나, ATP를 사용해 농도 기울기에 거슬러 이동한다고 해석하면 수송 방식의 정의와 맞지 않는다.

촉진 확산도 수동 수송이다. 물질은 농도 차에 따라 이동하고 ATP를 소비하지 않지만, 막단백질의 도움을 받아 막을 통과한다. 즉 단순 확산과 촉진 확산은 ATP를 쓰지 않고 농도 기울기에 따라 이동한다는 점이 같고, 막단백질 이용 여부가 다르다. 단순 확산은 막단백질 없이 지질 이중층을 통과하는 반면, 촉진 확산은 막단백질을 이용한다. 막단백질을 쓴다는 점에서 촉진 확산은 능동 수송과도 공통점이 있지만, 능동 수송과 달리 농도 기울기에 거슬러 이동하지 않고 ATP도 사용하지 않는다. 따라서 ‘막단백질을 사용한다’는 단서 하나로 능동 수송을 고르지 않는다.

능동 수송은 ATP 에너지를 이용하여 물질을 농도 기울기에 거슬러 이동시키는 수송이다. 저농도에서 고농도 쪽으로 물질을 옮길 수 있어 농도 차가 있어도 이동이 일어날 수 있다. Na⁺-K⁺ 펌프는 막 운반체 단백질을 이용해 이온을 이동시키며 ATP를 사용하므로 능동 수송의 예다. 펌프가 농도 기울기에 거슬러 이온을 이동시킨다는 조건은 능동 수송을 판별하는 핵심이다. 이를 단순 확산이나 촉진 확산으로 분류하면 ATP 사용 및 이동 방향이라는 조건을 놓친 것이다. 능동 수송으로 세포 내부의 어떤 이온 농도가 높아지면 해당 이온의 세포 내부 농도는 증가한다.

표의 각 조건은 함께 적용한다. 예를 들어 막단백질이 있고 ATP를 사용하지 않는다는 단서라면 촉진 확산으로 판단할 수 있다. 막단백질이 없고 농도 차에 따라 직접 통과한다면 단순 확산이다. ATP를 쓰며 농도 기울기에 거슬러 이동한다면 능동 수송이다. 능동 수송과 촉진 확산에는 모두 막단백질이 이용된다. 단, 능동 수송은 ATP를 사용하고 촉진 확산은 ATP를 사용하지 않는다는 구분이 남는다. 촉진 확산은 막단백질을 이용하지만 저농도에서 고농도로 이동하지 않는다.