세포 수송 : 유형 및 특성 - 생물학 - 2026

전송 전지 셀의 내부와 외부 사이의 트래픽 및 분자 이동을 수반한다. 이러한 구획 사이의 분자 교환은 유기체의 올바른 기능을위한 필수 현상이며 몇 가지 예를 들면 막 전위와 같은 일련의 사건을 매개합니다.

생물학적 막은 세포를 구분하는 역할을 할뿐만 아니라 물질 밀매에 없어서는 안될 역할을합니다. 그들은 구조를 가로 지르는 일련의 단백질을 가지고 있으며 매우 선택적으로 특정 분자의 진입을 허용하거나 허용하지 않습니다.

출처 : LadyofHats, via Wikimedia Commons

셀룰러 전송은 시스템이 에너지를 직접 사용하는지 여부에 따라 두 가지 주요 유형으로 분류됩니다.

수동 수송은 에너지를 필요로하지 않으며 분자는 수성 채널 또는 수송 분자를 통해 수동 확산에 의해 막을 통과 할 수 있습니다. 능동 수송의 방향은 막 양쪽 사이의 농도 구배에 의해서만 결정됩니다.

대조적으로, 두 번째 유형의 전송은 에너지를 필요로하며 능동 전송이라고합니다. 시스템에 주입 된 에너지 덕분에 펌프는 분자를 농도 구배에 대해 움직일 수 있습니다. 문헌에서 가장 주목할만한 예는 나트륨-칼륨 펌프입니다.

이론적 근거

-세포막

세포와 인접한 구획 사이에서 물질과 분자의 이동이 어떻게 발생하는지 이해하려면 생물학적 막의 구조와 구성을 분석해야합니다.

-막의 지질

Wikimedia Commons의 Jpablo cad 작성

세포는 지질 성질의 얇고 복잡한 막으로 둘러싸여 있습니다. 기본 성분은 인지질입니다.

이들은 극지 머리와 무극성 꼬리로 구성됩니다. 막은 두 개의 인지질 층 ( "지질 이중층")으로 구성되어 있는데, 꼬리는 내부에 그룹화되고 머리는 세포 외 및 세포 내면을 향합니다.

극성 및 무극성 영역을 모두 가진 분자를 양친 매성이라고합니다. 이 속성은 막 내 지질 성분의 공간적 구성에 중요합니다.

이 구조는 세포 하 구획을 둘러싸는 막에 의해 공유됩니다. 미토콘드리아, 엽록체, 소포 및 기타 세포 기관도 막으로 둘러싸여 있음을 기억하십시오.

포스 포 글리세리드 또는 인지질 외에도 막에는 스핑 고지 질이 풍부하며, 스핑 고신과 스테롤이라는 분자로 구성된 골격이 있습니다. 이 마지막 그룹에서 우리는 유동성과 같은 막의 특성을 조절하는 지질 인 콜레스테롤을 찾습니다.

-막의 단백질

그림 1. 유체 모자이크 모델의 다이어그램. 출처 : LadyofHats Mariana Ruiz 저, Wikimedia Commons를 통한 Pilar Saenz 번역

막은 내부에 여러 단백질을 포함하는 동적 구조입니다. 막의 단백질은 일종의 분자 "게이트 키퍼"또는 "가드"역할을하는데, 이는 누가 세포에 들어오고 나가는지를 매우 선택적으로 정의합니다.

이러한 이유로 막은 일부 화합물이 들어가고 다른 화합물은 들어 가지 않기 때문에 반투과성이라고합니다.

막에있는 모든 단백질이 트래픽을 매개하는 것은 아닙니다. 다른 사람들은 외부 자극에 대한 세포 반응을 생성하는 외부 신호를 캡처하는 책임이 있습니다.

-막의 선택성

막의 지질 내부는 매우 소수성이어서 막이 극성 또는 친수성 분자의 통과에 대해 매우 불 침투성을 갖게합니다 (이 용어는 "물과 사랑"을 의미합니다).

이것은 극성 분자의 통과에 추가적인 어려움을 의미합니다. 그러나 수용성 분자의 이동이 필요하므로 세포는 세포와 외부 환경 사이에서 이러한 물질의 효율적인 이동을 허용하는 일련의 전달 메커니즘을 갖습니다.

마찬가지로 단백질과 같은 큰 분자는 운반되어야하며 특수 시스템이 필요합니다.

-확산 및 삼투

세포막을 통한 입자의 이동은 다음 물리적 원리에 따라 발생합니다.

이러한 원리는 확산과 삼투이며, 살아있는 세포에서 발견되는 생물학적 막과 같은 반투과성 막을 통한 용액의 용질과 용매의 이동에 적용됩니다.

확산은 고농도 영역에서 저농도 영역으로 부유 입자의 무작위 열 이동을 포함하는 프로세스입니다. 그 과정을 설명하기위한 수학적 표현이 있고 Fick 확산 방정식이라고 불리지 만 우리는 그것을 탐구하지 않을 것입니다.

이 개념을 염두에두고 우리는 물질이 일련의 특정 조건 하에서 수동적으로 막을 통과하는 속도를 나타내는 투과성이라는 용어를 정의 할 수 있습니다.

반면에 물은 삼투라는 현상으로 농도 구배를 따라 이동합니다. 물의 농도를 언급하는 것은 부정확 해 보이지만, 우리는 중요한 액체가 확산 측면에서 다른 물질처럼 행동한다는 것을 이해해야합니다.

-조율

설명 된 물리적 현상을 고려할 때 세포 내부와 외부 모두에 존재하는 농도가 수송 방향을 결정합니다.

따라서 용액의 긴장성은 용액에 잠긴 세포의 반응입니다. 이 시나리오에 적용되는 몇 가지 용어가 있습니다.

등장 성

두 요소의 농도가 같으면 세포, 조직 또는 용액이 다른 것에 대해 등장 성입니다. 생리 학적 맥락에서 등장 환경에 잠긴 세포는 어떠한 변화도 겪지 않을 것입니다.

저혈압

용질의 농도가 외부에서 더 낮 으면 용액은 세포에 대해 저장성입니다. 즉, 세포에 더 많은 용질이 있습니다. 이 경우 물이 세포로 들어가는 경향이 있습니다.

적혈구를 증류수 (용질이없는)에 넣으면 물이 터질 때까지 들어갑니다. 이 현상을 용혈이라고합니다.

고혈압

용질의 농도가 외부에서 더 높으면 용액은 세포에 대해 과잉입니다. 즉, 세포의 용질이 더 적습니다.

이 경우 물의 경향은 세포를 떠나는 것입니다. 더 농축 된 용액에 적혈구를 넣으면 혈액 세포의 수분이 새어 나오고 세포가 주름진 모양으로 나타납니다.

이 세 가지 개념은 생물학적 관련성이 있습니다. 예를 들어, 해양 생물의 알은 파열되지 않고 물이 손실되지 않도록 해수에 대해 등장 성이어야합니다.

유사하게, 포유류의 혈액에 서식하는 기생충은 그들이 발달하는 환경과 유사한 농도의 용질을 가져야합니다.

-전기적 영향

전하를 띤 입자 인 이온에 대해 이야기 할 때 막을 통한 이동은 농도 구배에 의해서만 구동되는 것이 아닙니다. 이 시스템에서는 용질의 전하를 고려해야합니다.

이온은 농도가 높은 영역 (삼투 및 확산 섹션에 설명 됨)에서 멀어지는 경향이 있으며, 이온이 음이면 음전위가 증가하는 영역으로 이동합니다. 각기 다른 요금이 끌리고 요금이 격퇴한다는 것을 기억하십시오.

이온의 거동을 예측하려면 농도 구배와 전기 구배의 결합 된 힘을 더해야합니다. 이 새로운 매개 변수를 순 전기 화학적 구배라고합니다.

셀룰러 전송 유형은 수동 및 능동 운동에서 시스템의 에너지 사용 여부에 따라 분류됩니다. 아래에서 각각에 대해 자세히 설명합니다.

수동 막 횡단 수송

막을 통한 수동적 움직임은 직접적인 에너지 필요없이 분자의 통과를 수반합니다. 이러한 시스템은 에너지를 포함하지 않기 때문에 원형질막에 존재하는 농도 구배 (전기적 요소 포함)에만 의존합니다.

입자의 이동을 담당하는 에너지는 이러한 구배에 저장되지만 프로세스를 수동으로 계속 고려하는 것이 적절하고 편리합니다.

분자가 한 쪽에서 다른쪽으로 수동적으로 이동할 수있는 세 가지 기본 방법이 있습니다.

단순 확산

용질을 운반하는 가장 간단하고 직관적 인 방법은 위에서 언급 한 구배에 따라 막을 통과하는 것입니다.

분자는 원형질막을 통해 확산되어 수성 상을 제쳐두고 지질 부분에서 용해되고 마지막으로 세포 내부의 수성 부분으로 들어갑니다. 세포 내부에서 외부로 반대 방향으로도 마찬가지입니다.

멤브레인을 통한 효율적인 통과는 시스템이 갖는 열 에너지 수준에 따라 결정됩니다. 충분히 높으면 분자가 막을 통과 할 수 있습니다.

좀 더 자세히 살펴보면, 분자는 지질 상으로 이동하기 위해 수성상에서 형성된 모든 수소 결합을 끊어야합니다. 이 이벤트에는 존재하는 각 링크에 대해 5kcal의 운동 에너지가 필요합니다.

고려해야 할 다음 요소는 지질 영역에서 분자의 용해도입니다. 이동성은 분자량 및 분자 모양과 같은 다양한 요인의 영향을받습니다.

단순 확산에 의한 통과 동역학은 불포화 동역학을 나타냅니다. 이것은 세포 외 영역으로 운반 될 용질의 농도에 비례하여 진입이 증가한다는 것을 의미합니다.

수성 채널

수동 경로를 통한 분자의 통과에 대한 두 번째 대안은 막에 위치한 수성 채널을 통과하는 것입니다. 이 채널은 분자의 통과를 허용하는 일종의 기공이며 소수성 영역과의 접촉을 피합니다.

특정 하전 분자는 농도 구배를 따라 세포에 들어갑니다. 이 물이 채워진 채널 시스템 덕분에 멤브레인은 이온에 매우 영향을받지 않습니다. 이 분자 중 나트륨, 칼륨, 칼슘 및 염소가 두드러집니다.

캐리어 분자

마지막 대안은 관심 용질과 친수성을 가리는 운반체 분자의 조합으로, 막의 지질이 풍부한 부분을 통과합니다.

수송 체는 수송되어야하는 분자의 지질 용해도를 증가시키고 농도 구배 또는 전기 화학적 구배에 유리한 통과를 선호합니다.

이 운반 단백질은 다른 방식으로 작동합니다. 가장 간단한 경우, 용질은 막의 한 쪽에서 다른쪽으로 옮겨집니다. 이 유형을 유니 포트라고합니다. 반대로 다른 용질이 동시에 수송되거나 결합되면 수송기를 결합이라고합니다.

커플 링 된 트랜스 포터가 두 분자를 같은 방향으로 움직이면 그것은 symport이고 반대 방향으로 움직이면 트랜스 포터는 anti-support입니다.

삼투

Osmose2-fr.png : PsYcHoTiK 파생 작업 : Ortisa, via Wikimedia Commons

용매가 반투막을 선택적으로 통과하는 세포 수송의 유형입니다.

예를 들어, 물은 농도가 낮은 세포 측면으로 전달되는 경향이 있습니다. 이 경로에서 물의 움직임은 삼투압이라는 압력을 생성합니다.

이 압력은 세포의 물질 농도를 조절하는 데 필요하며 이는 세포의 모양에 영향을 미칩니다.

한외 여과

이 경우 일부 용질의 이동은 가장 큰 압력 영역에서 낮은 압력 영역까지 정수압의 영향에 의해 생성됩니다. 인체에서이 과정은 심장에서 생성되는 혈압 덕분에 신장에서 발생합니다.

이런 식으로 물, 요소 등이 세포에서 소변으로 전달됩니다. 호르몬, 비타민 등이 혈액에 남아 있습니다. 이 메커니즘은 투석이라고도합니다.

용이 한 보급

용이 한 보급

매우 큰 분자 (예 : 포도당 및 기타 단당류)를 가진 물질이 있으며 확산을 위해 운반 단백질이 필요합니다. 이 확산은 단순 확산보다 빠르며 다음에 따라 달라집니다.

• 물질의 농도 구배.
• 세포에 존재하는 운반 단백질의 양.
• 존재하는 단백질의 속도.

이러한 수송 단백질 중 하나는 인슐린으로 포도당의 확산을 촉진하여 혈중 농도를 감소시킵니다.

활성 막 횡단 수송

지금까지 우리는 에너지 비용없이 채널을 통한 다른 분자의 통과에 대해 논의했습니다. 이러한 이벤트에서 유일한 비용은 막의 양쪽에 차동 농도의 형태로 위치 에너지를 생성하는 것입니다.

이런 식으로 이동 방향은 기존 기울기에 의해 결정됩니다. 용질은 앞서 언급 한 확산 원리에 따라 순 확산이 끝나는 지점에 도달 할 때까지 운반되기 시작합니다.이 지점에서 평형에 도달합니다. 이온의 경우 이동도 전하의 영향을받습니다.

그러나 막 양쪽의 이온 분포가 진정한 평형을 이루는 유일한 경우는 세포가 죽었을 때입니다. 모든 살아있는 세포는 용질 농도의 균형을 유지하기 위해 많은 양의 화학 에너지를 투자합니다.

이러한 프로세스를 활성 상태로 유지하는 데 사용되는 에너지는 일반적으로 ATP 분자입니다. ATP로 약칭되는 아데노신 삼인산은 세포 과정의 기본 에너지 분자입니다.

활성 전송 특성

활성 수송은 아무리 가파르더라도 농도 구배에 대해 작용할 수 있습니다.이 속성은 나트륨-칼륨 펌프 (아래 참조)에 대한 설명으로 명확 해집니다.

활성 수송 메커니즘은 한 번에 둘 이상의 분자 클래스를 이동할 수 있습니다. 능동 수송의 경우 수동 수송에서 동시에 여러 분자의 수송에 대해 언급 된 동일한 분류가 사용됩니다 : symport 및 anti-support.

이러한 펌프에 의한 수송은 단백질의 중요한 부위를 특이 적으로 차단하는 분자를 적용하여 억제 할 수 있습니다.

수송 역학은 Michaelis-Menten 유형입니다. 두 가지 행동 (일부 분자와 역학에 의해 억제됨)은 효소 반응의 전형적인 특징입니다.

마지막으로, 시스템에는 ATPases와 같은 ATP 분자를 가수 분해 할 수있는 특정 효소가 있어야합니다. 이것은 시스템이 그것을 특징 짓는 에너지를 얻는 메커니즘입니다.

수송 선택성

관련된 펌프는 운반 될 분자에서 매우 선택적입니다. 예를 들어, 펌프가 나트륨 이온 캐리어 인 경우 두 이온의 크기가 매우 유사하더라도 리튬 이온을 사용하지 않습니다.

단백질은 분자의 탈수 용이성과 수송 체 기공 내부의 전하와의 상호 작용이라는 두 가지 진단 특성을 구분할 수 있다고 추정됩니다.

큰 이온은 작은 이온에 비해 쉽게 탈수되는 것으로 알려져 있습니다. 따라서 극성 중심이 약한 기공은 바람직하게는 큰 이온을 사용합니다.

반대로 강하 전 된 중심이있는 채널에서는 탈수 된 이온과의 상호 작용이 우세합니다.

능동 수송의 예 : 나트륨-칼륨 펌프

능동 수송의 메커니즘을 설명하려면 가장 잘 연구 된 모델 인 나트륨-칼륨 펌프를 사용하는 것이 가장 좋습니다.

세포의 눈에 띄는 특징은 나트륨 (Na ⁺ ) 및 칼륨 (K ⁺ ) 이온의 가파른 기울기를 유지하는 능력 입니다.

생리적 환경에서 세포 내부의 칼륨 농도는 외부 세포보다 10-20 배 높습니다. 대조적으로 나트륨 이온은 세포 외 환경에서 훨씬 더 집중되어 있습니다.

수동적 인 방식으로 이온의 이동을 제어하는 ​​원리를 사용하면 이러한 농도를 유지하는 것이 불가능하므로 세포에는 능동적 인 수송 시스템이 필요하며 이것이 바로 나트륨-칼륨 펌프입니다.

펌프는 모든 동물 세포의 원형질막에 고정 된 ATPase 유형의 단백질 복합체로 구성됩니다. 이것은 두 이온에 대한 결합 부위를 가지고 있으며 에너지 주입으로 운반을 담당합니다.

펌프는 어떻게 작동합니까?

이 시스템에는 세포 구획과 세포 외 구획 사이의 이온 이동을 결정하는 두 가지 요소가 있습니다. 첫 번째는 나트륨-칼륨 펌프가 작동하는 속도이고 두 번째 요소는 수동 확산 이벤트로 인해 이온이 세포에 다시 들어갈 수있는 속도입니다 (나트륨의 경우).

이러한 방식으로 이온이 셀에 들어가는 속도는 적절한 이온 농도를 유지하기 위해 펌프가 작동해야하는 속도를 결정합니다.

펌프의 작동은 이온 수송을 담당하는 단백질의 일련의 구조적 변화에 따라 달라집니다. 각 ATP 분자는 직접 가수 분해되며,이 과정에서 세 개의 나트륨 이온이 세포를 떠나고 동시에 두 개의 칼륨 이온이 세포 환경으로 들어갑니다.

대중 교통

다당류 및 단백질과 같은 거대 분자의 이동을 돕는 또 다른 유형의 활성 수송입니다. 다음과 같이 주어질 수 있습니다.

-세포 내 이입

세포 내 이입에는 식세포 작용, 피노 사이토 시스, 리간드 매개 세포 내 이입의 세 가지 과정이 있습니다.

식균 작용

식균 작용

식균 작용은 고체 입자가 융합 된 pseudopods로 구성된 소포 또는 식세포로 덮이는 수송 유형입니다. 소포 내부에 남아있는 고체 입자는 효소에 의해 소화되어 세포 내부에 도달합니다.

이것이 백혈구가 신체에서 작동하는 방식입니다. 그들은 방어 메커니즘으로 박테리아와 이물질을 빨아들입니다.

Pinocytosis

원생 동물의 영양. Pinocytosis. 이미지 제공 : Jacek FH (Mariana Ruiz Villarreal에서 파생 됨). https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Pinocitosis.svg에서 가져 와서 편집했습니다.

피노 사이토 시스는 수송되는 물질이 세포 외액의 액적 또는 소포 일 때 발생하며, 막은 소포 또는 액 적의 내용물이 처리되어 세포 표면으로 되돌아가는 피노 키틱 소포를 생성합니다.

수용체를 통한 세포 내 이입

피노 사이토 시스와 유사한 과정이지만,이 경우 특정 분자 (리간드)가 막 수용체에 결합 할 때 막의 침입이 발생합니다.

여러 endocytic vesicles가 결합하여 endosome이라고 불리는 더 큰 구조를 형성합니다. 수용체는 막으로 돌아가고 리간드는 효소에 의해 소화되는 리포솜에 결합합니다.

-Exocytosis

물질이 세포 밖으로 운반되어야하는 세포 수송의 한 유형입니다. 이 과정에서 분비 소포 막은 세포막에 결합하여 소포의 내용물을 방출합니다.

이런 식으로 세포는 합성 된 물질이나 폐기물을 제거합니다. 이것은 또한 그들이 호르몬, 효소 또는 신경 전달 물질을 방출하는 방법입니다.

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