본문내용
1. 생체 내 항상성과 체액 조성
1.1. 항상성과 음성되먹임
항상성은 생명체가 외부의 변화에도 불구하고 체내 환경을 일정하게 유지하는 능력이다. 이는 주로 음성되먹임 기전을 통해 이루어진다. 음성되먹임은 내부 환경의 조건이 변화하면 변화의 반대방향으로 작용하여 내부 환경의 변화를 최소화시키는 기전이다.
예를 들어, 체온 조절 과정에서 음성되먹임이 나타난다. 체온이 상승하면 땀샘에서 땀이 분비되고, 혈관이 확장되어 체열이 방출되어 체온이 내려간다. 이처럼 체온 상승에 대한 반대 작용으로 체온이 조절되는 것이 음성되먹임 기전이다. 이를 통해 체내 온도가 일정하게 유지될 수 있다.
이와 같이 음성되먹임 기전은 체내 환경이 변화했을 때 이를 보상하고 원래의 상태로 되돌리는 역할을 한다. 이를 통해 생명체는 외부 환경의 변화에도 불구하고 체내 환경을 일정하게 유지할 수 있게 된다. 이처럼 항상성은 생명체의 생존과 건강 유지에 필수적인 기능이라고 할 수 있다.
1.2. 체내 액체의 구획
체내 액체의 구획은 세포내액(intracellular fluid; ICF)과 세포외액(extracellular fluid; ECF)으로 나뉜다. 세포내액은 전체 체내액의 약 40%를 차지하며, 세포 내부에 존재하는 액체를 의미한다. 반면 세포외액은 전체 체내액의 약 60%를 차지하며, 세포 외부에 있는 액체를 말한다. 세포외액은 다시 간질액(interstitial fluid; ISF)과 혈장(plasma)으로 구분된다. 간질액은 세포외액의 약 15%를 차지하며, 혈관과 세포 사이의 공간에 존재하는 액체이다. 혈장은 세포외액의 약 5%를 차지하며, 혈관 내부에 있는 혈액의 액체 부분을 의미한다. 따라서 체내 액체는 세포 내부와 외부를 포함하는 복잡한 구조를 가지며, 각 구획은 서로 다른 조성과 기능을 가지고 있다."
1.3. 체액의 조성
체액은 세포 내부와 세포 외부에 존재하며, 그 조성이 다르다. 세포 내액에는 칼륨 이온(K+)의 농도가 높고, 세포 외액에는 나트륨 이온(Na+)의 농도가 높다. 이는 세포막에 존재하는 능동수송 펌프인 나트륨-칼륨 펌프(Na+-K+ pump)에 의해 유지된다. 세포 내액은 주로 칼륨 이온, 인산염, 단백질, 유기산 등으로 구성되어 있고, 세포 외액은 주로 나트륨 이온, 염소 이온, 중탄산염 등으로 구성되어 있다.
세포막은 지질 이중층으로 구성되어 있으며, 여기에 다양한 운반 단백질이 존재한다. 이 운반 단백질들은 세포 내외 간 물질 이동을 선택적으로 조절한다. 예를 들어 세포 내외의 칼슘 이온(Ca2+) 농도 차이는 세포 외액 대비 세포 내액에서 약 1만 배 이상 낮게 유지된다. 이는 세포막의 칼슘 펌프와 칼슘 통로를 통해 엄격하게 조절된다.
이처럼 체액의 조성은 세포의 생명 활동에 매우 중요한 역할을 한다. 세포 내외의 이온 농도차, 전해질 균형, 삼투압 유지 등은 세포 기능 유지를 위해 엄격하게 조절된다. 이러한 체액의 항상성 유지는 생명체의 생존과 건강한 생리 활동을 위해 필수적이다.
2. 세포막을 통한 물질 이동
2.1. 수동 이동
수동 이동은 화학적 또는 전기화학적 경사도에 따라 에너지 사용 없이 이루어지는 물질 이동 방식이다. 세포막을 통한 수동 이동에는 세 가지 메커니즘이 있다."
첫째, 단순 확산(simple diffusion)은 세포막의 지질층을 통해 일어나는 확산 과정이다. 저용성 물질들이 세포 안팎의 농도 차에 비례하여 이동하는 것이 특징이다."
둘째, 운반체에 의한 촉진 확산(facilitated diffusion)은 특정 운반 단백질(이온통로 포함)에 의해 수용성 물질이 수동적으로 이동하는 방식이다. 이 과정에서 운반체는 특정 물질에 대한 선택성을 가진다."
셋째, 통로 확산(channel diffusion)은 이온 및 작은 분자들이 운반 단백질의 통로를 통해 수동적으로 이동하는 것을 말한다. 이온들은 전기화학적 경사도에 따라 통로를 이용하여 확산한다."
이처럼 수동 이동은 화학적 또는 전기화학적 구배에 따라 에너지 투입 없이 이루어지므로, 세포막을 통한 물질 이동에 있어서 중요한 역할을 한다."
2.2. 능동 이동
능동 이동은 물질이 농도 또는 압력이 낮은 곳에서 높은 곳으로 이동하는 현상으로, 이를 위해서는 외부에서 에너지 공급이 필요하다. 능동 이동에는 1차 능동 이동과 2차 능동 이동이 있다.
1차 능동 이동은 세포막에 존재하는 ATPase 효소가 ATP를 분해하여 얻은 에너지를 이용하여 물질을 농도 또는 전기화학적 경사도를 거슬러 이동시키는 것이다. 대표적인 1차 능동 이동 펌프에는 Na+-K+ ATPase, H+-K+ ATPase, Ca2+ ATPase 등이 있다. 이러한 펌프들은 세포 내외의 이온 농도차를 유지하여 세포의 전기화학적 분극 상태를 유지하는데 중요한 역할을 한다.
2차 능동 이동은 1차 능동 이동에 의해 형성된 이온 농도 경사를 이용하여 물질을 이동시키는 것이다. 1차 능동 이동으로 형성된 Na+ 농도 경사를 이용하여 포도당, 아미노산, 무기이온 등을 세포 내로 수송하는 것이 대표적인 예이다. 이러한 2차 능동 이동 기작을 통해 세포는 에너지를 효율적으로 활용할 수 있다.
능동 이동...
