물질이동

세포막을 통한 물질 수송 기전이 빈번하게 출제된다.

수동수송 (단순확산, 촉진확산)과 능동수송 (일차능동수송, 이차능동수송)의 차이점을 이해하는 것이 중요하다.

Na⁺/K⁺ 펌프, GLUT 수송체, SGLT, 이온채널 등 주요 수송 단백질의 기능과 역할을 구체적으로 숙지해야 한다.

삼투압 조절과 관련된 임상적 적용(예: 신장에서 ADH(항이뇨호르몬)의 작용)이 강조된다.

1. 물질이동의 기본 개념

• 세포막을 통한 물질이동은 크게 수동수송 (passive transport)과 능동수송 (active transport)으로 구분

1) 수동수송 (Passive Transport)

• 에너지를 사용하지 않고, 농도 기울기(고 → 저)를 따라 이동하는 방식

(1) 단순확산 (Simple diffusion)

• 세포막을 직접 통과하는 방식

• 분자 크기가 작고, 비극성이며 지용성인 물질의 이동

• 예: O₂, CO₂, 스테로이드 호르몬 등

(2) 촉진확산 (Facilitated diffusion)

• 막단백질(운반체, 채널단백질)을 통해 이동하는 방식

• 특정 기질에 대한 특이성(specificity)을 가지며, 포화현상(saturation)이 나타날 수 있음

• 예: GLUT(포도당 수송체)를 통한 포도당 이동

(3) 이온채널 (Ion channel)

• 전압 또는 리간드(ligand)에 의해 개폐되는 단백질 통로를 통해 이온(Na⁺, K⁺, Cl⁻ 등) 이 이동

• 예: 전압의존성 Na⁺ 채널 (신경세포의 활동전위 발생에 관여)

이동 방식	에너지 사용	기질 특이성	예시
단순확산	X	X	O₂, CO₂, 스테로이드
촉진확산	X	O	GLUT (포도당 수송체)
이온채널	X	O	Na⁺, K⁺ 채널

2) 능동수송 (Active Transport)

• 에너지를 사용하여 농도 기울기(저 → 고)를 거슬러 이동하는 방식

(1) 일차능동수송 (Primary active transport)

• ATP를 직접 사용하여 물질을 이동

• 대표적인 예: Na⁺/K⁺ 펌프(Na⁺/K⁺ ATPase)

• ATP 가수분해 → Na⁺ 3개 세포 밖으로 배출, K⁺ 2개 세포 안으로 유입 → 막전위 형성에 기여

(2) 이차능동수송 (Secondary active transport)

• 다른 물질의 농도 기울기를 이용하여 물질을 이동

① 공동수송 (Cotransport, Symport)

• 두 물질이 같은 방향으로 이동

• 예: SGLT-1 (Na⁺/포도당 공동수송체)

② 대립수송 (Countertransport, Antiport)

• 한 물질이 들어가면, 다른 물질은 배출됨

• 예: Na⁺/Ca²⁺ 교환체 (NCX)

이동 방식	에너지 사용	주요 예시	이동 방향
일차능동수송	ATP 직접 사용	Na⁺/K⁺ 펌프	Na⁺ 내→외, K⁺ 외→내
이차능동수송 (공동수송)	Na⁺ 농도기울기 사용	SGLT-1 (Na⁺/포도당 공동수송체)	Na⁺ & 포도당 함께 외→내
이차능동수송 (대립수송)	Na⁺ 농도기울기 사용	Na⁺/Ca²⁺ 교환체 (NCX)	Na⁺ 외→내, Ca²⁺ 내→외

2. 삼투압과 수분 이동

1) 삼투현상은 반투과성 막을 통한 물의 이동이며, 삼투압에 의해 결정

• 삼투압은 용질의 농도에 비례 (Van’t Hoff 법칙)

• 혈장과 같은 등장액(isotonic solution) 에서는 세포 크기 변화 없음

• 고장액(hypertonic solution): 세포 외부의 삼투압이 높아 → 물이 빠져나가 세포가 쪼그라듦

• 저장액(hypotonic solution): 세포 내부의 삼투압이 높아 → 물이 유입되어 세포가 팽창, 심하면 용혈(lysis)됨

용액 종류	특징	세포 변화
등장액	세포와 같은 삼투압	변화 없음
고장액	세포 외부 삼투압 증가	세포 쪼그라듦
저장액	세포 내부 삼투압 증가	세포 팽창, 용혈 가능

2) 임상적 응용

(1) 고혈당성 탈수 (Hyperglycemic dehydration)

• 혈당 증가 → 혈장 삼투압 증가 → 세포에서 물이 빠져나가 탈수 발생

(2) 신장에서 ADH(항이뇨호르몬) 작용

• 집합관에서 수분 재흡수 증가 → 소변 농축

Guyton and Hall 14e, pp.48-62

신경

뇌파

세포

세포막의 전기적 특성