능동수송

능동수송은 원형질막을 가로 질러 원자 또는 분자를 이동시키기 위해 세포가 단백질 운반체를 이용할 때 아데노신 3인산(ATP)과 같은 화학에너지를 사용하는 과정이다. 세포에서 원형질막을 가로질러 물질이 이동하는 방법에는 단순확산(diffusion), 촉진확산(facilitated diffusion) 그리고 능동수송이 있다. 생물이 생명활동을 유지하기 위해서는 세포와 세포 사이, 또는 세포의 안팎으로 끊임없이 물질을 운반해야 한다. 어떤 경우에는 에너지를 사용하지 않는 수동수송을 통해 물질을 운반할 수 있으나 대부분의 경우 세포는 농도 차를 거슬러 특정 물질을 운반해야 한다. 이 경우 화학적 균형을 거스르기 위하여 에너지가 사용되는 능동수송이 필요하다. 농도 기울기를 따라 움직이는 분자의 운동 에너지와 엔트로피를 사용하는 수동수송과는 달리 능동수송은 세포 에너지를 사용하여 농도 기울기, 극성-비극성에 따른 반발 또는 다른 저항을 극복하여 물질을 이동시킨다. 능동수송은 일반적으로 세포가 반드시 필요로 하는 이온, 포도당 및 아미노산 등을 세포 내에 축적하는 과정에서 나타난다. 능동수송의 예로 사람의 소장 상피세포에서 포도당을 섭취하고 식물의 뿌리털 세포로 무기 이온을 흡수하는 것 등을 들 수 있다.¹⁾

목차

능동수송이 일어나는 경로는 공수송과 역수송의 두 가지로 구분할 수 있다. 공수송 또는 공동수송(symport)은 공동수송체(symport carrier)로 불리는 특별한 단백질을 통하여 일어난다. 이 단백질에는 보통 두 개의 물질 부착부위가 있다. 한 곳에는 운반될 물질이 부착되도록 되어 있고 다른 한 곳에는 이차적 운반물질 또는 협력물질로 불리는 공동수송 물질이 결합한다. 두 물질이 같은 방향으로 동시에 이동하므로 공수송이라고 한다. 역수송체 단백질은 역방향 수송체(antiporter)으로도 불리며 공동수송체 단백질과 같이 두 개의 결합 부위를 가진다. 그러나 한 곳에 운반될 물질이 결합하는 반면 다른 한 쪽에는 길항물질(antagonist)이 결합한다. 운반할 물질을 막을 가로질러 운반하는 동시에 다른 쪽에 결합한 길항물질을 반대 방향을 운반한다.²⁾

칼슘운반체는 일반적으로 ATP의 가수분해로 얻은 에너지를 이용하여 세포 내의 칼슘 이온을 세포밖으로 퍼냄으로서 식물세포의 전위 차이를 제어함에 따라 효과적으로 신호를 전달한다. 설탕이나 포도당 등의 탄수화물들이 경우 대개 나트륨 이온을 공동수송 물질로 하여 공수송으로 세포 내에 축적된다. 역수송의 경우로는 칼륨 이온의 이동을 들 수 있는데 양성자나 나트륨 이온이 세포 밖으로 나갈 때 칼륨 이온이 유입되는 역수송을 통하여 세포 전위의 균형을 맞추면서 팽압을 조절하는 역할을 하기도 한다.

능동수송의 종류 - 역수송(왼쪽)과 공수송(오른쪽) (출처:한국식물학회)

1. 김명원, 하영미, 이영원 외 (2018) 생명과학 개념과 현상의 이해 9판. 라이프사이언스, 78-83
2. 전상학, 강성만, 고영규 외 (2016) 생명과학 길라잡이 7판. 라이프사이언스, 56-58