운반체 단백질
[ Carrier protein , 運搬體蛋白質 ]
- 요약
세포막에 박혀 있으면서 세포 안팎의 물질 이동 통로의 기능을 하는 단백질. 단백질의 3차원 입체 구조가 변화하면서 물질을 수송한다는 점에서 통로 단백질과 구분된다.
세포막의 인지질 이중층에 박혀 있으면서 세포막의 안과 밖 사이의 물질의 수송에 관여하는 단백질을 수송 단백질(transport membrane protein), 또는 수송 막단백질(transport membrane protein)이라고 한다. 이온과 같이 전하를 띤 친수성(親水性) 물질을 인지질 이중층을 통해서 직접 이동하기 어렵기 때문에 세포막을 관통하는 특별한 이동 경로가 필요한데, 이 경로를 제공해주는 것이 수송 단백질이다. 수송 단백질은 크게 통로 단백질(channel protein)과 운반체 단백질(carrier protein)의 2종류로 나눌 수 있다. 이 중 특정 조건 하에서 전체 단백질의 입체적 구조가 변화하면서 물질을 수송하는 단백질을 운반체 단백질이라고 한다.
운반체 단백질이 물질을 수송하는 원리
운반체 단백질은 운반되는 물질이 결합하는 특수한 부위를 가지고 있는데, 이를 결합 부위(binding site)라고 한다. 결합 부위는 세포의 안쪽 또는 바깥쪽 중에 한 곳을 향해 열려 있는 상태이다. 만약 특정 물질이 결합 부위에 결합되면, 운반체 단백질의 3차원적인 입체 구조가 바뀌면서 특정 물질이 세포막의 반대편으로 이동한다. 운반체 단백질의 종류에 따라서 어떤 운반체 단백질의 경우 특정 물질을 농도 기울기를 따라 높은 농도에서 낮은 농도로 이동시키는 촉진 확산(수동 수송)을 일으키며, 농도 기울기에 역행하여 낮은 농도에서 높은 농도로 물질을 이동시키는 능동 수송을 일으키는 운반체 단백질도 있다. 능동 수송이 일어나는 경우 ATP와 같은 별도의 에너지원을 사용한다.
통로 단백질과 운반체 단백질의 차이점
통로 단백질과 운반체 단백질의 차이점은 세포막을 기준으로 세포 안쪽의 환경과 세포 바깥 쪽이 환경이 연속적으로 이어진 상태를 만들 수 있는지의 여부이다. 통로 단백질의 경우, 일시적 또는 영구적으로 세포 안쪽과 바깥쪽 사이의 막이 완전히 뚫려 이어진 상태를 만들 수 있기 때문에 특정 물질이 통로 단백질을 통해서 빠르게 이동할 수 있다. 반면 운반체 단백질의 경우, 물질이 이동되는 경로에 2개의 문(gate)이 있는데, 두 문이 동시에 열린 상태를 만들지 않기 때문에 완전히 뚫린 상태를 만들지 않아 상대적으로 느리게 물질이 이동된다. 통로 단백질의 경우 초당 100만개 이상의 입자가 이동할 수 있지만 운반체 단백질은 초당 100~1000개의 입자가 이동할 수 있다. 통로 단백질을 통해서는 촉진 확산만 일어날 수 있지만, 운반체 단백질의 경우 촉진 확산과 능동 수동이 모두 일어날 수 있다.
운반체 단백질의 예
촉진 확산을 일으키는 운반체 단백질의 예로 GLUT1(Glucose transporter 1: 포도당 운반체 1)이 있다. GLUT1은 사람의 거의 모든 세포막에 존재하는 막단백질로 혈장이나 조직액에 있는 포도당을 세포의 안쪽으로 이동시키는 역할을 담당한다. 능동 수송을 일으키는 운반체 단백질로는 나트륨 - 칼륨 펌프(소듐-포타슘 펌프, sodium-potassium pump)가 있다. 이 펌프는 ATP가 분해될 때 발생하는 에너지를 이용하여 나트륨 이온(Na+)을 세포 밖으로, 포타슘 이온(K+)을 세포 안으로 능동 수송시키는 운반체 단백질이다.