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투과

어떤 용액에 존재하는 물질이 확산에 의해 막을 통과하는 과정이다.

생물학적으로 중요한 물질들의 투과율은 물질이 갖는 고유의 화학적 특성에 따라 매우 다르다. 단백질과 당 중합체는 거의 막을 투과하지 못하지만, 물·알코올 등은 쉽게 막을 투과한다. 이러한 차이는 막을 형성하고 있는 지질 2중층의 특성에 의한 것으로 물보다는 유기용매에 잘 녹는 특성을 지닌 물질들이 더 쉽게 막을 통과한다. 유기용매에 녹는 특성은 분배계수(partition coefficient)라고 하는 단위에 의해 측정된다.

즉 유기용매에 대한 용해성이 크면 클수록 높은 분배계수를 갖게 되고 분배계수가 클수록 막의 투과율은 커지게 된다. 예를 들면 히드록시기·카르복시기·아미노기 등과 같이 수용성이 큰 것들은 분배계수가 매우 낮아서 막을 투과하지 못하지만, 지용성의 메틸기, 탄화수소 고리는 높은 분배계수를 갖기 때문에 쉽게 막을 통과할 수 있다. 같은 분배계수를 갖는 물질들의 투과율은 그 물질들이 갖는 크기에 따라 달라져 크기가 작을수록 쉽게 막을 통과한다.

막 채널

세포막에 존재하는 내재단백질, 특히 막을 가로질러 존재하는 관통단백질에 의해 형성된다.

어떤 종류의 막 채널은 칼슘·아세틸콜린·글리신과 같은 신호물질들에 의해 형성된다. 또한 막에 형성되는 막전위(膜電位)에 의해 막 채널의 형성이 이루어지기도 한다.

촉진확산

당이나 아미노산과 같은 물질은 수용성이어서 분배계수가 낮고 너무 커서 막 채널을 통과하지 못하며 몇몇 전하를 띤 이온들도 막을 통과하지 못한다.

이러한 물질들은 막에 존재하는 막수송 단백질(주로 막관통 단백질)에 의해 수송된다. 막 채널과는 달리 막수송 단백질은 단순히 막 개공을 형성하는 것이 아니라, 막의 안팎으로 노출되어 있는 단백질 부위가 수송할 물질과 화학적으로 결합하여 물질을 수송한다. 이러한 수송에 관여하는 단백질은 수송할 물질과의 결합에 큰 특이성을 갖고 있어서 특정 수송 단백질은 특정 물질의 수송에만 관여한다.

이러한 형태의 물질수송은 확산의 형태인데, 물질의 수송방향은 자연확산의 경우에서처럼 고농도에서 저농도의 방향으로 물질의 수송이 이루어지며, 이 과정에서 에너지는 사용되지 않는다. 촉진확산에 의한 물질의 수송계로서 당 수송과 음 이온 수송이 있다. 당 수송계는 몇 가지 점에서 단순 막 채널과 다르다. 첫째, 막 채널에서의 물질의 이동속도는 막 채널을 통과하는 물질의 크기에 따라 결정되지만 당 수송계에서는 수송할 당의 크기에 큰 영향을 받지 않는다.

둘째, 막 채널은 초당 100만 개의 물질을 수송하지만, 당 수송계는 이보다 훨씬 느려서 초당 1,000개 정도의 물질만을 수송할 수 있다.

막 채널과 당 수송계의 주요차이는 당의 수송과정에서 당 수송계를 이루는 단백질의 구조적 변형이라 할 수 있다. 즉 당 수송계를 형성하는 막단백질은 당과 결합하면 단백질의 구조가 변형되고 이 변형과 동시에 당을 수송하며 수송 후에는 원래의 구조로 환원된다.

음이온 수송계에 의한 촉진확산은 특히 혈구세포막의 음이온 교환에 관여한다. 혈구세포막에서 탄산수소 이온과 히드록시 이온은 동일한 막 수송단백질에 의해 각기 막의 반대 방향 및 농도를 낮추는 방향으로 동시에 수송된다. 이와 같은 이온 교환 방식으로 혈구세포는 조직에서 생성된 이산화탄소를 폐(肺)로 운반한다. 이러한 이온의 교환은 혈구세포의 막을 구성하는 주요단백질인 내재단백질에 의해 이루어지며 내재단백질은 세포 1개당 약 100만 개가 존재한다.