이온 통로가 운반체 단백질보다 더 빠른 속도를 가진 이유는 무엇인가요?
안녕하세요. 촉진 확산의 방식으로는 이온 통로와 운반체 단백질이 있는데 이온 통로를 통한 확산이 더 빠르게 나타나는 이유가 무엇인지 궁금합니다.
결론부터 말씀드리면 물질을 운반하는 방식의 근본적인 차이 때문입니다.
운반체 단백질은 물질과 결합하고 구조 변화를 일으키는 과정이 필요하지만, 이온 통로는 통로를 통해 단순히 물질을 통과시키기만 합니다.
다시 말해 이온 통로는 세포막에 뚫려 있는 터널이나 통로와 같아서 특정 이온이 이 통로를 통과할 수 있게 열리면, 이온은 농도 기울기에 따라 마치 물이 흐르듯 연속적으로 빠르게 이동하는 것입니다. 그래서 구조의 변화가 필요 없기 때문에 더욱 바른 것이죠.
반면 운반체 단백질은 비유하자면 회전문이나 셔틀과 같은 역할을 합니다. 운반체 단백질은 특정 물질과 결합한 후, 단백질 자체의 구조가 변하면서 물질을 막의 반대편으로 이동시키는 것입니다.
이온 통로는 이온이 통과할 수 있는 통로를 형성하여 물질이 한 번에 대량으로 빠르게 이동하지만, 운반체 단백질은 물질과 결합하여 구조가 변형된 후 물질을 통과시키므로 한 번에 하나의 물질만 운반하게 되어 속도가 느립니다.
안녕하세요.
네, 촉진확산의 방식으로는 이온통로와 운반체 단백질이 있습니다. 즉 이온 통로(ion channel)와 운반체 단백질(carrier protein)은 모두 세포막을 통한 촉진 확산(facilitated diffusion)을 담당하지만, 두 단백질이 작동하는 방식이 근본적으로 다르기 때문에 속도의 차이가 생기는 것인데요, 이온 통로는 세포막에 형성된 수용성 통로로서, 선택적으로 특정 이온(Na⁺, K⁺, Cl⁻ 등)을 막을 가로질러 거의 자유 확산에 가까운 방식으로 이동시킵니다. 이때 이온은 단백질의 구조적 변화 없이 전기화학적 구배에 따라 한꺼번에 빠르게 이동할 수 있습니다. 즉, 문이 열려 있는 동안에는 막 전위와 농도 차이에 의해 이온이 수천만 개 이상 단위로 동시에 이동하므로, 속도가 매우 빠릅니다. 반면에 운반체 단백질은 용질을 직접 결합한 뒤, 단백질 자체가 구조적 변화를 일으켜서 용질을 반대편으로 옮기는 과정을 거칩니다. 이 과정은 결합–형태 변화–방출이라는 연속적인 단계가 필요하기 때문에, 한 번의 운반 주기마다 소수의 분자만 이동할 수 있습니다. 따라서 이온 통로에 비해 속도가 훨씬 느려집니다. 감사합니다.
안녕하세요. 이상현 전문가입니다.
이온통로는 단순하게 열린 구멍을 통해서 전기화학적인 구배, 또는 기울기에따라서 이온이 동시에 대량으로 이동할 수 있어서, 초당 수백만개이상의 이온이 통과한다고 볼 수 있습니다.
반면 운반체 단백질은 기질, 결합, 구조, 변화, 방출 등의 단계를 반복해야하기때문에
각 분자마다 턴오버 속도가 제한적이라서 상대적으로 훨씬 느립니다.
감사합니다.