막 간 수송 단백질 – Proteins of Transmembrane Transport

매우 적은 물질들만이 자연스럽게 인지질 이중층(phospholipid bilayer)을 넘어서 분산될 수 있다고 했었습니다. 그런 소수의 물질 외 다른 물질들은 세포막을 건너갈 때 특성화된 막단백질(Membrane protein)의 도움이 필요합니다. 요소(Urea)나 지방산(fatty acid)같은 큰 분자들부터 이산화탄소 (CO2) 같은 작은 분자들까지 세포막을 건널 때 특수한 단백질을 거치게 되는데 단순한 분산에 의한 물질교환은 세포가 필요로 하는 양의 물질을 제대로 맞출 수 없기 때문입니다.

모든 막 간 수송 단백질(Transport proteins)은 당연히 막관통단백질(Integral membrane protein;transmembrane protein)입니다. 막을 관통하는 단백질로 이루어진 통로를 만들어 줌으로써 물질이 막 사이를 통과할 수 있게 하는 것입니다. 막 간 수송 단백질들은 저마다 이동시킬 수 있는 물질들이 다릅니다. 막 간 수송 단백질은 물질을 이동시키는 방식에 따라 크게 3가지 종류로 나눌 수 있습니다.

먼저 ATP 구동 펌프(ATP-powered pump;줄여서 pump) 가 있습니다. 이름에서 알 수 있듯 ATP를 분해할 때 나오는 에너지를 이용해서 이온이나 작은 분자들을 이동시킵니다. ATP의 에너지를 이용하는 만큼 물질의 농도차/전위차를 거스르는 물질 이동이 가능하다는 장점을 가지고 있습니다. 이렇게 물질의 농도나 전위차를 거스르며 에너지를 소비해서 물질을 이동시키는 것을 능동수송(active transport)라고 합니다.
채널(Channel)은 물이나 이온같은 작은 친수성 분자들을 농도 차이에 따른 방향으로 이동시킵니다. 농도차이를 거스르지 않기 때문에 별다른 에너지를 소비하지는 않습니다. 이런 식의 전달 방식을 촉진확산(facilitated diffusion)이라고 합니다. 채널 단백질들은 막 사이에 친수성 단백질로 이루어진 터널을 만듭니다. 거의 항상 열려있는 몇몇 채널들은  non-gated channel 이라고 합니다. 개폐를 조절하는 물질이 없다는 뜻이지요. 반면에 다른 많은 채널들은 특정한 화학물질이나 전기적 신호에 의해 개폐가 조절됩니다. 이런 채널들을 ‘gated channel’ 이라고 합니다. 흔히 볼 수 있는 ‘Voltage-gated K+ channel'(특정 전압 이상에서 채널이 열린다는 뜻이지요) 같은 이름을 가지고 있습니다.

마지막으로 수송체(transporter; carrier)가 있습니다. 다양한 물질들을 이동시키는데 채널보다 느립니다. 세 종류의 수송체가 밝혀져 있습니다. 단일수송체(Uniporter), 공동수송체(Symporter),  역수송체(Antiporter)가 밝혀져 있습니다. 단일수송체(Uniporter)는 한 가지 물질을 그 농도차이에 따른 방향으로 이동시킵니다. 포도당(Glucose)이나 아미노산(Amino acid)같은 물질들이 주로 수송됩니다. 채널과 마찬가지로 촉진확산(facilitated diffusion)을 합니다.
반면에 공동수송체(Symporter)와 역수송체(Antiporter)는 농도를 거스르는 이온이나 분자의 이동이 일어날 때, 동시에 다른 물질을 농도차이에 따른 방향으로 이동시키는 수송체입니다. 만약 그 두 물질의 방향이 같으면(두 물질 모두 세포 안으로 들어가거나 나가는 경우) 공동수송체라고 하고, 다른 경우 역수송체라고 합니다. 동시에 여러 물질을 이동시킬 수 있다고 해서 이 둘은 공수송체(cotransporter)라고 따로 부르기도 합니다.

 

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