패시브 트랜스포트

Passive transport
세포막을 가로질러 수동적으로 확산.

수동수송은 세포막을 가로질러 물질을 이동시키기 위해 에너지가 필요하지 않은 막 수송의 일종이다.[1][2] 수동적 운송은 능동적 운송과 같은 세포 에너지를 사용하는 대신에 세포막을 가로지르는 물질의 이동을 촉진하기 위해 열역학 제2 법칙에 의존한다.[3][1][2][4] 기본적으로 물질은 픽의 첫 번째 법칙을 따르며, 이 운동이 전체 시스템의 엔트로피를 증가시키기 때문에 농도가 높은 영역에서 농도가 낮은 영역 중 하나로 이동한다.[4][5] 수동적 이동 속도는 세포막의 투과도에 따라 달라지는데, 이는 결국 막 지질과 단백질의 조직과 특성에 따라 달라진다.[citation needed] 패시브 운송의 4가지 주요 종류는 단순 확산, 촉진 확산, 여과 및/또는 삼투성이다.

수동적 수송은 픽의 제1법칙과 열역학 제2법을 따른다.

확산

주요기사 : 확산
세포막에 수동 확산.

확산은 고농도 영역에서 저농도 영역으로 물질의 순이동이다. 두 영역 간의 농도 차이는 흔히 농도 구배라고 하며, 이 구배가 제거될 때까지 확산은 계속될 것이다. 확산은 물질이 고농도 영역에서 저농도 영역으로 이동하기 때문에 이동용솔루트 '저농도 영역'에서 고농도 영역으로 이동하는 경우가 많으므로 '아개'라고 한다.농도 구배"를 주입한다. 그러나 많은 경우(예: 패시브 약물 운반)에서 패시브 운송의 추진력은 농도 구배까지 단순화할 수 없다. 약물의 평형 용해도가 다른 막의 양쪽에 다른 용액이 있다면 포화도의 차이는 수동적 막 운반의 원동력이다.[6] 약물 생체이용률 향상을 위한 비정형 고체분산 적용의 확산으로 인해 점점 더 중요한 과포화 해법도 사실이다.

단순한 확산과 삼투는 어떤 면에서 비슷하다. 단순확산이란 높은 농도에서 낮은 농도로 용액의 농도가 전체적으로 균일하고 평형에 도달할 때까지 용액의 수동적인 움직임을 말한다. 삼투증은 단순한 확산과 거의 유사하지만, 선택적으로 투과 가능한 막에 걸쳐 물의 움직임을 구체적으로 묘사하여 양쪽에 동일한 농도의 물과 용액이 존재할 때까지의 움직임을 나타낸다. 단순 확산과 삼투는 둘 다 수동적 수송의 형태로서 세포의 ATP 에너지를 필요로 하지 않는다.

확산의 예: 가스거래소

확산의 생물학적 예는 인체 내에서 호흡 중에 일어나는 기체 교환이다.[7] 흡입 후 폐로 산소가 유입되어 폐포막으로 빠르게 확산되어 폐모세혈관의 막으로 확산되어 순환계로 들어간다.[8] 동시에 이산화탄소는 반대 방향으로 움직이며 모세혈관의 막에 걸쳐 확산되어 폐포 속으로 들어가 숨을 쉴 수 있다. 산소를 세포로 이동시키고 이산화탄소를 배출하는 과정은 이들 물질의 농도 변화로 인해 발생하는데, 각각 농도가 높은 영역에서 낮은 영역으로 이동한다.[7][8] 세포호흡은 혈액 내 산소 농도가 낮고 이산화탄소가 고농도여서 농도 구배를 일으키는 원인이다. 기체는 작고 충전되지 않기 때문에 특별한 막 단백질 없이도 세포막을 직접 통과할 수 있다.[9] 기체의 움직임은 픽의 제1법칙과 열역학 제2법칙을 따르기 때문에 에너지가 필요하지 않다.

촉진확산

주요 기사: 촉진확산
촉진 확산의 묘사.

촉진확산(peliored diffusion, carrier mediated osmosis)이라고도 하며, 이온을 적극적으로 차지하거나 배제함으로써 플라즈마 막에 내장된 특수 운반 단백질을 통해 세포막을 가로질러 분자가 이동하는 것이다. H+ ATPases에[10] 의한 양성자의 능동적 이송은 높은 친화력 전달체 및 채널을 통해 칼륨과 같은 특정 이온의 수동적 이송을 용이하게 할 수 있도록 막 전위를 변경한다.

촉진 확산 예: 글루트2

쉽게 확산되는 예로는 인체의 글루코스 전달체2(GLUT2)를 통해 포도당이 세포로 흡수되는 경우를 들 수 있다.[12][13] 포도당 운반 단백질에는 다른 많은 종류가 있는데, 어떤 것은 에너지를 필요로 하고, 따라서 수동적 운반의 예는 아니다.[13] 포도당은 큰 분자이기 때문에 혈장막을 가로질러 세포로 쉽게 진입할 수 있는 특정 채널이 필요하다.[13] GLUT2를 통해 셀로 확산될 때, 포도당을 셀로 이동하는 원동력은 여전히 농도 구배다.[12] 단순 확산과 촉진 확산의 주요 차이는 확산이 촉진되면 세포막을 통해 물질에 '기능화'하거나 도움을 주는 운반 단백질이 필요하다는 것이다.[14] 식사 후, 이 세포는 장내 세포라고 불리는 장에 줄지어 있는 세포의 막으로 글루투(GLUT2)를 이동하라는 신호를 받는다.[12] 식후에 글루투(GLUT2)가 제자리에 있고, 그 안에서와 비교하여 이들 세포 바깥의 상대적인 고농도 포도당 농도가 글루투(GLUT2)를 통해 세포막을 가로질러 포도당을 구동시킨다.[12][13]

여과

주요 기사: 여과 및 초유도(렌탈)
여과

여과란 심혈관계에서 발생하는 정수압으로 인해 세포막을 가로지르는 물과 용해 분자의 이동이다. 막모공 크기에 따라 일정한 크기의 용액만이 통과할 수 있다. 예를 들어 신장에 있는 보우만 캡슐의 막 모공은 매우 작으며, 단백질 중 가장 작은 알부민만이 여과될 가능성이 있다. 반면 간세포의 막모공은 매우 크지만, 다양한 용액이 통과하여 대사될 수 있도록 세포를 잊지 않는 것은 극히 작다.

삼투증

주요 기사: 삼투와 토니시티
다른 용액 하에서 삼투가 혈구에 미치는 영향.

삼투는 선택적으로 투과 가능한 막을 가로질러 물 분자가 움직이는 것이다. 높은 수전위 용액에서 낮은 수전위 영역으로의 부분 투과성 막을 통한 물 분자의 순 이동. 음수 전위가 적은 셀은 물에서 끌어당기지만 용해 전위(용해 분자 등 세포 내의 압력)와 압력 전위(세포 벽 등)와 같은 다른 요인에 따라 달라진다. Osmosis 용액에는 동위원소 용액, 저소성 용액, 고음질 용액의 세 종류가 있다. 동위원소 용액은 세포외 용액 농도가 세포 내부의 농도와 균형을 이루었을 때를 말한다. 동위원소 용액에서 물 분자는 여전히 용액 사이를 이동하지만 속도는 양쪽 방향에서 같기 때문에 물 운동은 세포 내부는 물론 세포 외부 사이에서도 균형을 이룬다. 저혈압 용액은 세포 밖의 용액 농도가 세포 내부의 농도보다 낮을 때를 말한다. 저온 용액에서 물은 세포로 이동하며, 그 농도 구배(높은 수농도에서 낮은 수농도로)를 내린다. 그것은 세포가 부풀게 할 수 있다. 동물 세포와 같이 세포벽이 없는 세포들은 이 용액에서 폭발할 수 있다. 고음질 용액은 용액 농도가 세포 내부의 농도보다 높을 때(초음질 농도를 높게 생각)이다. 고음질 용액에서는 물이 빠져나가 세포가 수축한다.

참고 항목

참조

  1. ^ a b "5.2 Passive Transport - Biology 2e OpenStax". openstax.org. Retrieved 2020-12-06.
  2. ^ a b "5.2A: The Role of Passive Transport". Biology LibreTexts. 2018-07-10. Retrieved 2020-12-06.
  3. ^ "5.3 Active Transport - Biology 2e OpenStax". openstax.org. Retrieved 2020-12-06.
  4. ^ a b Skene, Keith R. (2015). "Life's a Gas: A Thermodynamic Theory of Biological Evolution". Entropy. 17 (8): 5522–5548. Bibcode:2015Entrp..17.5522S. doi:10.3390/e17085522.
  5. ^ "12.7 Molecular Transport Phenomena: Diffusion, Osmosis, and Related Processes - College Physics for AP® Courses OpenStax". openstax.org. Retrieved 2020-12-06.
  6. ^ Borbas, E.; et al. (2016). "Investigation and Mathematical Description of the Real Driving Force of Passive Transport of Drug Molecules from Supersaturated Solutions". Molecular Pharmaceutics. 13 (11): 3816–3826. doi:10.1021/acs.molpharmaceut.6b00613. PMID 27611057.
  7. ^ a b Wagner, Peter D. (2015-01-01). "The physiological basis of pulmonary gas exchange: implications for clinical interpretation of arterial blood gases". European Respiratory Journal. 45 (1): 227–243. doi:10.1183/09031936.00039214. ISSN 0903-1936. PMID 25323225.
  8. ^ a b "22.4 Gas Exchange - Anatomy and Physiology OpenStax". openstax.org. Retrieved 2020-12-06.
  9. ^ "3.1 The Cell Membrane - Anatomy and Physiology OpenStax". openstax.org. Retrieved 2020-12-06.
  10. ^ Palmgren, Michael G. (2001-01-01). "PLANT PLASMA MEMBRANE H+-ATPases: Powerhouses for Nutrient Uptake". Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology. 52 (1): 817–845. doi:10.1146/annurev.arplant.52.1.817. PMID 11337417.
  11. ^ Dreyer, Ingo; Uozumi, Nobuyuki (2011-11-01). "Potassium channels in plant cells". FEBS Journal. 278 (22): 4293–4303. doi:10.1111/j.1742-4658.2011.08371.x. ISSN 1742-4658. PMID 21955642. S2CID 12814450.
  12. ^ a b c d Kellett, George L.; Brot-Laroche, Edith; Mace, Oliver J.; Leturque, Armelle (2008). "Sugar absorption in the intestine: the role of GLUT2". Annual Review of Nutrition. 28: 35–54. doi:10.1146/annurev.nutr.28.061807.155518. ISSN 0199-9885. PMID 18393659.
  13. ^ a b c d Chen, Lihong; Tuo, Biguang; Dong, Hui (2016-01-14). "Regulation of Intestinal Glucose Absorption by Ion Channels and Transporters". Nutrients. 8 (1): 43. doi:10.3390/nu8010043. ISSN 2072-6643. PMC 4728656. PMID 26784222.
  14. ^ Cooper, Geoffrey M. (2000). "Transport of Small Molecules". The Cell: A Molecular Approach. 2nd Edition.