세포막을 통한 물질의 출입

놀이동산에 들어가려면 입장권이나 자유 이용권을 구매해야 한다. 이와 마찬가지로 세포막을 경계로 많은 물질이 선택적으로 통과한다. 서로 다른 특성을 가진 다양한 물질은 어떤 방법으로 세포막을 통과하는 것일까?

1 세포막의 선택적 투과성

세포는 세포막으로 둘러싸여 있으므로 생명 현상을 유지하기 위해서 물질대사에 필요한 물질은 세포 안으로 들어오고, 노폐물은 세포 밖으로 배출된다. 이 과정에서 물질의 특성에 따라 세포막을 통한 물질의 이동이 선택적으로 일어난다. 즉, |그림 II - 25|와 같이 산소나 이산화 탄소와 같이 크기가 작은 분자나 소수성인 물질은 인 지질 2 중층을 쉽게 통과하지만, 포도당이나 아미노산과 같이 크기가 큰 분자나 이온과 같이 친수성인 물질은 인지질 2 중층을 직접 통과하기 어려워 막단백질의 도움을 받아 세포막을 통과한다. 이러한 세포막의 특성을 선택적 투과성이라고 한다.

2 확산과 삼투

확산 

음식을 할 때 집 안에 음식 냄새가 퍼지는 것은 냄새 분자가 농도가 높은 곳 에서 낮은 곳으로 퍼지기 때문이다. 이와 같은 현상을 확산이라고 하며, 에너지를 소 비하지 않는다. 세포에서도 산소와 이산화 탄소 등의 작은 분자는 세포막을 직접 통 과하여 농도 기울기를 따라 확산되는데, 이를 단순 확산이라고 한다. 폐포와 모세 혈 관, 모세 혈관과 조직 세포 사이에서 산소와 이산화 탄소가 교환될 때는 단순 확산으 로 이동한다.

삼투 

물은 투과하지만, 용질은 투과하지 못하는 반투과성 막을 경계로 농도가 다 른 설탕 용액을 U자관에 넣으면 시간이 지나면서 농도가 높은 쪽의 물 높이가 높아진 다. 이는 |그림 II - 27|과 같이 용질인 설탕 분자는 반투과성 막을 통과하지 못하지 만 용매인 물 분자는 반투과성 막을 통과하여 물 분자의 농도가 높은 쪽에서 낮은 쪽으로 확산되기 때문이다. 이처럼 반투과성 막을 경계로 용매의 농도가 높은 쪽에서 낮은 쪽으로 용매가 이동하는 현상을 삼투라고 하며, 삼투에 따라 반투과성 막이 받는 압력을 삼투압이라고 한다. 삼투는 에너지를 소비하지 않으며, 삼투압은 용액의 농 도 차이가 클수록 크다, 세포 안과 밖에는 모두 물이 있다. 물은 세포막을 통과할 수 있지만, 대부분 물질은 세포막을 통과하지 못한다. 이러한 비투과성 용질의 농도가 세포질과 같아 세포의 부 피를 변화시키지 않는 수용액을 등장액, 용질의 농도가 세포질보다 높아 세포가 쭈그 러드는 수용액을 고장액, 용질의 농도가 세포질보다 낮아 세포가 팽창하는 수용액을 저장액이라고 한다. 이 동물 세포인 적혈구를 생리식염수와 같은 등장액에 넣으면 정상 상태가 유지되지만, 고장액에 넣으면 적혈구 속의 물이 밖으로 빠져나가 적혈구 가 쭈그러들고, 증류수와 같은 저장액에 넣으면 적혈구 속으로 물이 들어와 막이 팽 창하다 터지는 용혈 현상이 나타난다.