인지질 이중층인 세포막은 반투과성을 지닌다

세포막 투과 수송

일부 분자만이 세포 내외로 수송될 수 있다는 것을 의미한다. 이렇게 통과 가능한 분자는 크기가 작거나 혹은 소수성이어야 한다. 그렇지 않은 대부분의 분자는 통과를 매개하는 각각의 막단백질이 세포막에 있을 경우에만 통과할 수 있다.

분자에 따라, 수송은 다른 방식으로 일어나며, 크게 아데노신삼인산 형태로 존재하는 에너지를 소모하는 능동 수송과 그렇지 않은 수동 수송의 두 가지로 나눌 수 있다.

수동 수송

수동 수송은 물질이 세포막을 통과할 때 아데노신 삼인산 등의 화학 에너지를 소모하지 않는 수송이다. 소수성(疏水性)(비극성) 혹은 작은 극성 분자, 그리고 가스는 막단백질의 매개가 필요 없는 확산을 통해 운반되며, 극성을 띠거나 전하를 띤 작은 분자들 그리고 이온들은 각각에 대한 막단백질이 매개하는 촉진 확산의 방식으로 운반된다. 물분자는 확산의 형태로도 세포막을 통과하지만 (그러나 물분자는 세포 내에서 주로 용매로 사용되기 때문에 삼투 형태로 수송된다 하는 것이 일반적이다.) 대부분 아쿠아포린이라는 막단백질을 통해 삼투의 형태로 운반된다. 농도 기울기를 따라서 이동의 방향이 결정된다 (엄밀하게 말하면 양쪽 방향으로 이동이 일어나지만 총체적으로 농도가 높은 쪽에서 낮은 쪽으로 이동이 일어난다). 이온이나 전하를 띤 분자의 이동 방향은 단순한 농도 기울기뿐만 아니라 세포막을 중심으로 형성된 세포 안과 밖의 전위차에 의해서도 영향을 받는다.

 

수동 수송(Passive Transportation)은 능동 수송과는 달리 외부에서 주어지는 에너지가 없어도 농도 구배로 인해 세포 내에서 물질이 이동하는 것을 의미한다.
보통 농도 구배에 의한 확산의 방식으로 이루어진다. 농도가 높은 쪽에서 낮은 쪽으로 물질이 이동하게 된다. 이때의 농도 구배는 대상이 되는 물질 자체의 농도 차이로 인한 것일 수도 있지만, 물질이 갖고 있는 전하에 의해 발생한 전위차로 인한 것일 때도 있다. 확산의 원동력은 엔트로피를 최대로 하고자 하는 열역학적 자유에너지이다.
인지질에 의한 이중막(세포막, 세포 소기관의 막 등)을 통과하는 수동 수송의 경우, 물질의 크기에 따라 통과의 방법이 달라진다. 보통 작은 비극성 물질(이원자 분자 등)의 경우, 특별한 도움 없이 막을 통과한다. 그러나 좀 더 큰 물질(단백질 등)이나 극성 물질(이온, 양성자 등)의 경우, 각 물질에 해당하는 고유한 막단백질(Protein Channel)에 의해 형성되는 통로로 물질이 통과하게 된다. 이러한 막단백질에 해당하는 대표적인 예로 아쿠아포린이 있다.

능동 수송

능동 수송 과정에서 분자는 일반적으로 농도 기울기에 반해서 수송되며, 이는 엔트로피 법칙에 어긋나는 것이다. 이러한 농도 경사에 역행해서 이동이 일어나려면 아데노신 삼인산(ATP)의 가수분해에 의한 에너지가 필요하다. 두 가지의 능동 수송이 가능한데, 하나는 운반체가 직접 아데노신 삼인산을 가수 분해하며 이때 발생하는 에너지를 이용하여 수송하는 것으로서 1차 능동 수송이라고 한다. 두 번째 방법은 다른 분자(주로 소듐 펌프)가 아데노신 삼인산을 가수분해할 때 나온 에너지를 이용하는 방법으로서 2차 능동수송이라고 한다. 소듐 펌프는 아데노신 삼인산의 분해 에너지를 이용하여 소듐은 세포 밖으로 퍼내고 포타슘은 세포 안으로 이동시킨다. 그러면 2차 능동 수송 막단백질 들은 세포막을 경계로 형성된 소듐의 농도 기울기라는 화학적 에너지를 이용하여 각자의 분자나 이온들을 농도 기울기에 역행해서 이동시킨다. 이 두 분자의 이동 방향은 같은 방향일 수도 다른 방향일수도 있다.