세포막을 통한 확산
물질은 농도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 저절로 퍼져 나가요(확산). 세포막에서는 크기가 작고 극성이 없는 물질은 인지질 2중층을 직접 통과하고(단순 확산), 이온이나 포도당처럼 인지질 2중층을 통과하기 어려운 물질은 막단백질의 도움을 받아 이동해요(촉진 확산). 세 가지 경우를 3D로 비교해 보세요.
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이하은T 과학 실험실
끌어서 돌리고 휠로 확대할 수 있어요 · 입자와 막의 크기는 실제 비율과 달라요
시간에 따른 입자 수
실선: 세포 안 · 점선: 세포 밖
농도 차에 따른 이동 속도
단순 확산은 농도 차에 비례하고, 촉진 확산은 막단백질 수가 한정되어 일정 속도 이상 빨라지지 않아요(포화)
단순 확산촉진 확산막단백질 2배
세포막을 통한 물질 이동 비교
| 단순 확산 | 촉진 확산 (통로 단백질) | 촉진 확산 (운반체 단백질) | |
|---|---|---|---|
| 통과하는 곳 | 인지질 2중층 | 통로 단백질의 구멍 | 운반체 단백질 (결합 후 모양 변화) |
| 예 | O2, CO2, 지용성 물질(스테로이드 등) | Na+, K+ 등 이온, 물(아쿠아포린) | 포도당, 아미노산 |
| 이동 방향 | 농도가 높은 쪽 → 낮은 쪽 (농도 기울기를 따라) | ||
| 에너지(ATP) | 사용하지 않음 | ||
| 막단백질 | 필요 없음 | 필요 (특정 물질만 통과) | 필요 (특정 물질과만 결합) |
| 속도와 농도 차 | 농도 차에 비례 | 농도 차가 커지면 빨라지다가 막단백질이 모두 쓰이면 더 빨라지지 않음 (포화) | |
참고: 농도가 낮은 쪽에서 높은 쪽으로 ATP의 에너지를 써서 물질을 옮기는 것은 확산이 아니라 능동 수송이에요 (예: Na+-K+ 펌프).
세포막의 구조
인지질 2중층 + 막단백질
- 인지질의 머리(인산)는 친수성, 꼬리(지방산)는 소수성이에요
- 꼬리끼리 안쪽으로 마주 보며 2중층을 만들어요
- 막단백질이 군데군데 박혀 있어요 (유동 모자이크 모델)
단순 확산
인지질 사이로 직접
- 크기가 작고 극성이 없는 분자(O2, CO2)
- 지용성 물질도 소수성 부분을 쉽게 지나가요
- 폐포와 모세 혈관 사이의 기체 교환
촉진 확산 ①
통로 단백질
- 특정 이온이나 물이 지나가는 구멍이 있어요
- 열리고 닫히는 통로도 있어요 (예: 뉴런의 이온 통로)
- 전하를 띤 이온은 소수성 꼬리 부분을 지나기 어려워요
촉진 확산 ②
운반체 단백질
- 특정 물질과 결합하면 모양이 바뀌어 반대쪽으로 내보내요
- 포도당, 아미노산처럼 크고 극성이 있는 분자
- 운반체가 모두 바쁘면 속도가 더 늘지 않아요 (포화)
생각해 보기
- 세포 안과 밖의 입자 수가 같아지면 입자의 이동이 멈출까요? ‘이동한 횟수’를 보며 확인해 보세요.
- ‘② 통로 단백질’에서 통로를 닫으면 어떻게 되나요? 이온이 인지질 2중층을 직접 통과하지 못하는 까닭은 무엇일까요?
- ‘③ 운반체 단백질’에서 세포 밖 포도당 수를 크게 늘려 보세요. 이동 속도가 계속 빨라지나요? 운반체 수를 늘리면 어떻게 되나요?
- ‘④ 한꺼번에 비교’에서 같은 농도 차일 때 O2, 이온, 포도당 중 무엇이 가장 빨리 평형에 도달하나요?
- 세포 안의 입자 수를 세포 밖보다 많게 하면 입자는 어느 방향으로 이동하나요?