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1. 항상성과 체액의 조성
1.1. 음성되먹임
음성되먹임(negative feedback)이란 내환경의 조건이 변화하면 변화의 반대방향으로 작용하여 내환경의 변화를 최소화시켜주는 기전을 말한다.
예를 들어 체온조절과정에서 음성되먹임이 나타난다. 외부자극에 의해 체온이 상승하면 체온조절중추가 활성화되어 땀 분비와 말초혈관 확장을 유발한다. 이로 인해 체열이 발산되어 체온이 떨어지게 된다. 반대로 체온이 떨어지면 체온조절중추가 억제되어 열 발산을 줄이고 열 생산을 증가시킴으로써 체온 상승을 유도한다. 이처럼 체온변화에 대한 반대방향의 생리학적 반응을 통해 체온이 일정하게 유지되는 것이다.
즉, 음성되먹임은 내부 환경의 변화에 반대 방향으로 작용하여 변화를 최소화하는 기전이라고 할 수 있다. 이를 통해 생물체는 항상성을 유지하여 안정적인 내부 환경을 유지할 수 있다.
1.2. 세포내액과 세포외액
세포내액과 세포외액은 생명체 내부의 체액 구획을 이루는 주요 성분들이다. 세포내액은 세포질 내부에 존재하는 액체로, 전체 체액의 약 40%를 차지한다. 세포외액은 세포 밖에 존재하는 액체로, 간질액과 혈장을 포함하며 전체 체액의 약 20%를 차지한다.
세포내액과 세포외액은 구성 성분과 농도에서 차이가 있다. 세포내액은 칼륨(K+)이 농도가 높고, 세포외액은 나트륨(Na+)의 농도가 높다. 이러한 이온 농도 차이는 세포막에 있는 이온 펌프와 이온 통로를 통해 유지된다. 또한 세포내액에는 단백질, 핵산, 당 등의 유기물 농도가 높고, 세포외액에는 무기염류와 혈장 단백질의 농도가 높다.
이러한 세포내액과 세포외액의 조성 차이는 삼투압 균형, 전기적 중성 유지, 세포 내외 pH 조절 등 중요한 생리학적 기능을 수행한다. 세포내액과 세포외액의 이온 농도 차이에 의한 전기화학적 에너지 차이는 세포막 전위를 유발하고, 신경전달과 근육수축 등의 기능에 필수적이다. 또한 세포내외 pH 차이는 세포대사와 효소 활성, 운송 기능을 조절한다. 결과적으로 세포내액과 세포외액의 적절한 조성과 유지는 생명체의 항상성 유지에 매우 중요하다.
2. 세포막을 통한 물질이동
2.1. 수동이동
수동이동은 세포막을 통해 물질이 이동하는 방식 중 하나로, 화학적 또는 전기화학적 경사도에 의하여 에너지 사용 없이 이루어진다.
수동이동에는 세 가지 유형이 있는데, 첫 번째는 단순확산이다. 단순확산은 세포막의 지질층을 통해 일어나며, 저용성 물질이 세포 안팎의 농도차에 비례하여 이동한다.
두 번째는 운반체에 의한 촉진확산이다. 이는 특정 운반체 단백질에 의해 수용성 물질이 수동적으로 운반되는 것으로, 운반체가 특정 물질에 대한 선택성을 가지고 있다.
세 번째는 통로확산이다. 이온이나 작은 분자들이 특정 통로 단백질을 통해 이동하는 것으로, 이 통로들은 선택적 투과성을 가진다. 대표적으로 Na-K 펌프가 여기에 해당한다.
또한 수동이동에는 삼투압과 삼투 현상도 포함된다. 삼투압은 세포막을 통과할 수 없는 용질의 압력을 의미하며, 삼투는 물의 분압 차이에 의해 막을 통과하는 현상을 말한다. 인체 내 물은 용매이며, 대부분의 세포막은 물에 대한 투과성이 높기 때문에 혈장이나 간질액의 용질 농도가 세포 부피에 영향을 미친다.
이처럼 수동이동은 화학적 또는 전기화학적 경사도에 따라 에너지 소모 없이 이루어지는 물질 이동 방식으로, 세포막을 통한 물질 교환에 중요한 역할을 한다.""
2.2. 능동이동
능동이동은 물질이 농도 또는 압력이 낮은 곳에서 높은 곳으로 이동하는 현상이다"". 이는 외부에서 에너지 공급이 필요하며, 에너지 형태는 ATP이다".
1차 능동이동은 물질을 운반하기 위해 에너지가 소비되는 과정이다". 예를 들어, Na의 수동이동은 이온통로, 즉 Na 이온통로를 통한 촉진확산이지만, Na펌프, Ca펌프, H펌프와 같은 1차 능동이동 과정에서는 농도경사를 거슬러 이동하게 된다". 즉, 세포 안에서 세포 밖으로 이동하는 것이다".
2차 능동이동은 에너지를 사용하지 않고 Na펌프에 의해 형성된 세포 안팎의 Na농도 경사를 이용하여 운반이 일어나는 현상이다". 아미노산, H, 포도당 등이 이에 해당하며, 농도가 낮은 곳에서 높은 곳...
