[4강 생명의 구성단위] 세포막과 물질대사

1. 세포막

 세포막은 세포를 보호하는 일종의 문과 같은 존재이다. 세포막에 있는 매우 작은 구멍은 물 분자나 물에 녹는 특정한 물질은 통과시키지만, 크기가 크거나 특정 화학 구성을 가진 물질은 통과시키지 않는다. 어떤 분자는 세포막을 통과할 수 있으나, 어떤 분자는 통과하지 못하는데 이를 반투성이라고 한다. (부분적 삼투현상)

 

 세포막에서의 출입은 수동 수송과 능동 수송의 방법이 있다.

 

(1) 수동수송(passive transport) 

 수동수송의 경우 세포는 에너지를 사용하지 않고 분자를 이동시키는데, 이유는 분자들이 외부에서 힘을 받지 않고 농도가 큰 곳에서 낮은 곳으로 움직이면서 확산되기 때문이다. 확산을 통해 물 분자가 몸 안에서 움직이는 현상이 바로 삼투현상(osmosis)이다. 예를 들어, 세포 외부에 있는 체액의 산소 농도가 세포 안의 농도보다 높은 경우 산소 분자가 세포 안으로 들어가는 현상이 이에 해당한다.

 

삼투현상은 어렵게 생각할 필요없이, 자연스럽게 생각하면 쉽다.

그림은 묽은 농도의 설탕물과 진한 농도의 설탕물이 반투과성 막을 경계로 서로 맞대고 있는 상태이다. (반투과성 막은 입자가 큰 설탕분자는 통과시키지 못하지만 입자가 작은 물분자는 통과시킬 수 있다.)

삼투현상

자연상태에서 물질들은 평형을 유지하고자 한다. 따라서 두 설탕물의 농도가 같아지고자 하는 현상이 자연스럽게 일어나게 되는데, 이 때 설탕 분자는 이동할 수 없으니 물 분자가 대신 이동한다고 생각하면 쉽다. (묽은 농도 설탕물의 물 입자가 진한 농도 설탕물로 이동하면, 두 설탕물의 농도가 같아지고자 하는 현상이니까!)

 

(2) 능동수송(active transport)

 능동수송에서 분자는 세포막을 통과하여 농도가 낮은 곳에서 높은 곳으로 이동하게 된다. 이러한 이동은 자연적으로 발생할 수 없기에 에너지가 소비된다. 이 과정에서는 펌프과 같은 장치가 필요한데, 예를 들어 신경 세포의 외부로 나트륨 이온을 내보내는 나트륨-칼륨 펌프는 에너지를 필요로 하는 능동수송 장치이다. 

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2. 세포의 활동

 세포가 다양한 활동을 하기 위해서는 에너지가 필요한데, ATP가 주로 이 역할을 수행한다. 세포들은 음식에 저장된 에너지를 ATP 분자로 전환하여 물질 대사를 수행한다.

 

 생물체의 몸에서 일어나는 모든 화학반응을 물질대사라고 한다. 물질대사는 크게 이화작용과 동화작용으로 나뉜다.

 

(1) 이화작용(catabolism)

 이화작용은 큰 분자를 작은 분자들로 분해하면서 에너지를 얻는 과정이다. 세포 호흡이 가장 대표적인 예인데, 이는 세포가 음식물을 통해 섭취한 포도당을 분해하여 ATP를 생산하는 활동이다. 호흡은 크게 두 단계를 거친다.

 

출처) 학습백과ZUM / 해당작용과 TCA회로

① 해당작용: 포도당을 피루브산으로 분해하는 해당 과정. 산소가 필요없다.

② TCA회로: 피루브산을 산소를 이용, 분해하여 ATP를 생산하고 이산화탄소와 물을 노폐물로 방출하는 과정

만약 산소가 없다면 TCA회로로 연결이 되지 않는데, 그러면 중간 생산물인 에탄올 혹은 젖산이 결과물이 된다. 이러한 원리를 이용한 것이 발효이다.

 

(2) 동화작용(anabolism)

  동화작용은 작은 분자들을 큰 분자로 만드는 과정으로, 이때는 에너지가 필요하다. 이 때 쓰이는 에너지는 세포가 ATP의 화합 결합을 분해하는 과정에서 방출되는 에너지인데, 이런 과정을 통해 만들어진 효소나 호르몬은 조직을 재생하거나 확장하는 데 사용된다. 포도당을 글리코겐으로, 지방산과 글리세롤을 지방으로 형성하는 것이 대표적인 예이다.