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생명과학의 세계 · 2주차

생명체의 기본단위 세포는 어떻게 소통할까?

세포의 기본 개념 (1)(2) · 세포 소통 (1)(2) 통합 정리

01차시 세포의 기본 개념02차시 세포 소통용어사전 반영
01차시

세포의 기본 개념

학습목표: 세포의 특징 이해 · 체액의 조성 설명 · 체액 항상성 설명

1-1생명체의 구성 단계 Cell is the smallest basic unit of organism

원자→분자→거대분자→세포소기관→ 세포→조직→기관→기관계→개체(유기체)
인체를 기관계 수준(해부학)에서도 볼 수 있지만, 실험실 수준의 기초 연구는 결국 세포·분자 단위로 내려가 기능을 확인함. 이번 주 강의가 세포에서 출발하는 이유임
보충
인체 세포는 몇 개인가
  • 교안은 "수조 개(trillions)"로만 표기함
  • 널리 인용되는 추정치는 성인 기준 약 37조 개(3.7×1013, Bianconi 외, 2013). 그중 수로는 적혈구가 가장 많은 비중을 차지함
  • 몸 안의 세균 수도 이와 비슷한 규모(약 38조 개, Sender 외, 2016)로 추정됨

교안의 "trillions"가 어느 정도인지 감을 잡기 위한 참고 수치임. 연구마다 추정 방법이 달라 수치는 근사값임.

1-2세포의 다양성과 구조 Cell diversity / Cell structure

세포의 다양성

세포모양의 특징모양과 연결되는 기능
혈구 (적혈구·백혈구)둥글고 작음혈관 안을 흐르며 산소 운반·면역
피부 표면 세포납작하고 촘촘히 겹침외부로부터 몸을 막음
뼈세포가지가 사방으로 뻗음뼈 기질 유지, 이웃 세포와 연결
원주상피세포·배상세포기둥 모양 / 술잔 모양흡수(원주상피) · 점액 분비(배상세포)
심장근세포가지 친 원통, 서로 이어짐함께 수축해 혈액을 내보냄
골격근세포길고 핵이 여러 개뼈를 움직이는 수의적 수축
평활근세포양 끝이 가는 방추형내장·혈관 벽의 불수의적 수축
신경세포(뉴런)긴 축삭과 많은 가지돌기먼 거리로 신호 전달

세포란 무엇인가 (What is a cell?)

세포의 구조 – 주요 세포소기관

구조 (영문)하는 일
핵 (nucleus) · 핵막 · 핵공 · 인(nucleolus)DNA를 담고 세포 활동을 조절. 핵공으로 물질 출입, 인에서 리보솜 재료 생성
염색질 (chromatin)DNA가 히스톤 단백질을 감은 형태(뉴클레오솜)로 이루어진 복합체. 분열 때 응축해 염색체가 됨
리보솜 (ribosome)mRNA를 읽어 단백질을 합성
거친면 소포체 (rough ER)리보솜이 붙어 있음. 단백질 합성·접힘·운반
매끈면 소포체 (smooth ER)리보솜이 없음. 지질·스테로이드 합성, 당 대사
골지체 (Golgi apparatus)소포체에서 받은 단백질·지질을 가공·분류해 목적지로 보냄
분비소포 (secretory vesicle)골지체에서 만든 물질을 세포 밖으로 내보낼 때 담는 주머니
리소좀 (lysosome)산성(pH 3~5) 내부의 가수분해효소로 이물질·노폐물 분해
미토콘드리아 (mitochondrion)세포호흡으로 ATP 생산
중심립 (centriole)미세소관 3개 묶음 × 9개의 원통 구조. 세포분열 시 방추사 형성
미세소관 (microtubule)튜불린으로 된 속 빈 관. 세포 골격·물질 이동
액포 (vacuole)물·물질을 저장하는 막 주머니 (식물세포에서 크게 발달)
세포질 (cytoplasm)핵을 뺀 세포 안의 나머지 전부 (세포기질 + 세포소기관)
원형질막 (plasma membrane)세포 안팎의 경계. 물질 출입을 선택적으로 조절

교안 그림(Getty Images Bank)의 표지 항목을 기준으로 기능을 정리함. 기능 설명은 용어사전과 일반 교과 내용 기준.

세포막의 구조

보충
유동 모자이크 모델 (fluid mosaic model)
  • 1972년 싱어(Singer)와 니콜슨(Nicolson)이 제안한 세포막 모델
  • "유동": 인지질과 막단백질이 막 안에서 옆으로 움직일 수 있음 / "모자이크": 지질 바다 위에 여러 단백질이 박혀 있는 모습
  • 콜레스테롤은 온도 변화에도 막이 너무 굳거나 너무 묽어지지 않게 유동성을 조절함

교안 그림(Britannica)이 보여주는 막 구조의 공식 명칭. 시험·교재에서 자주 쓰이는 용어임.

1-3세포막의 기능 – 방과 문의 비유 Functions of cell membrane

강의는 세포를 "방", 세포막의 수송 단백질을 "문", 이동하는 물질을 "사람"으로 놓고 규칙을 하나씩 추가함.

규칙교안 내용세포막에서 뜻하는 것 (해석)
1문이 없음 (No door) → 아무도 못 들어감인지질 이중층만으로는 대부분의 물질(이온·극성 분자)이 통과하지 못함
2빨간 사람은 같은 색(빨간) 문으로만 들어감수송 단백질은 특정 물질만 통과시킴 → 선택성·특이성
3파란 사람은 파란 문으로만 들어감물질마다 전용 통로가 따로 있음 (Na⁺ 통로, K⁺ 통로 등)
4덩치 큰 파란 사람은 파란 문이 완전히 열려야 통과같은 통로라도 열림 정도·조건에 따라 통과 여부가 달라짐 (크기 제한, 개폐 조절)
5문 밖에 사람이 몰려 있으면, 문이 열릴 때 안으로 흩어짐 (Freely moved persons)물질은 많은 쪽에서 적은 쪽으로 퍼짐 → 농도 기울기에 따른 확산
6한 방에 서로 다른 문이 아주 많음, 문마다 통과 규칙이 다름한 세포막에 다양한 수송 단백질이 있고 각각 작동 방식이 다름
규칙 4의 "덩치 큰 사람"은 교안에 해석이 따로 적혀 있지 않음. 위 해석은 막수송 내용과 이어지도록 붙인 것으로, 강의 설명과 차이가 있으면 강의 쪽을 따를 것

1-4생리학과 세포생리학 Physiology

세포생리학의 기본 원리 (이번 주와 이후 강의의 흐름)

  1. 체액 – 특히 세포내액과 세포외액의 조성 차이
  2. 세포막 수송 과정에 의한 농도 차이의 형성
  3. 세포막을 사이에 둔 전위차의 기원 (신경·근육 같은 흥분성 세포)
  4. 활동전위의 발생과 전파
  5. 시냅스를 통한 세포 간 정보 전달과 신경전달물질의 역할
  6. 활동전위를 근육 수축으로 잇는 기전
이번 강의 범위
체액 구획(Body fluid compartment) → 막수송(Membrane transport) → 특수한 세포 소통(Special cell communications)

1-5체액의 양과 수분 균형 Volume and composition of body fluids

몸은 열린계(open system)

체수분 총량 (Total Body Water, TBW)

대상체중 대비 수분 비율
신생아80%
성인 남성60%
성인 여성50%
노인 (교안: "Aging ?")→ 보충 참고
보충
나이가 들면 체수분은 어떻게 되나 — 교안 질문 "Aging ?"에 대한 답
  • 나이가 들수록 체수분 비율은 줄어듦. 노인은 대략 체중의 45~50% 수준으로 봄
  • 이유: 물을 많이 품은 근육량이 줄고, 물이 적은 지방 비율이 늘기 때문. 성인 여성이 남성보다 낮은 것도 같은 이유(체지방 비율 차이)임
  • 노인은 갈증을 덜 느끼고 콩팥의 소변 농축 능력도 떨어져 탈수에 더 취약함

교안 그림이 화살표와 물음표로만 끝나 있어, 강의에서 말로 다룬 부분을 정리함.

물탱크 비유 (Water Tank Analogy)

섭취 (하루 평균)양비율
음료1,500 mL60%
음식750 mL30%
대사로 생기는 물250 mL10%
합계2,500 mL
배출 (하루 평균)양비율
소변1,500 mL60%
피부·폐 불감손실700 mL28%
땀200 mL8%
대변100 mL4%
합계2,500 mL
보충
42 L는 어디서 나온 숫자인가 · 운동하면 무엇이 바뀌나
  • 체중 70 kg 성인 남성 × 체수분 60% = 42 L. 생리학 교재에서 표준으로 쓰는 계산임
  • 오래 심하게 운동하면 땀과 호흡으로 나가는 물이 크게 늘어남. 이를 메우려면 마시는 양이 늘어야 하며, 콩팥은 소변을 줄여 물을 아낌
  • 교안 오른쪽 물탱크 그림(Skeptical Science)은 원래 기후 분야(CO₂ 축적)를 설명하는 그림을 가져온 것임. "유입이 같아도 유출이 줄면 쌓인다"는 원리만 빌려 온 것으로 보면 됨

1-6체액 구획과 조성 Body Fluid Compartments

체중 100% (성인 남성 기준) 고형분 40% 체액(TBW) 60% 체액 60%의 구성 세포내액 ICF 40% TBW의 2/3 간질액 15% ECF의 3/4 5% 혈장 세포외액 ECF 20% (TBW의 1/3)
체중 대비 체액 구획. 숫자는 교안(Body Fluid Compartments) 기준
구획체중 대비체액 대비설명
세포내액 (ICF)40%2/3세포 안의 물. 단백질 농도가 높음
세포외액 (ECF)20%1/3세포 밖의 물. 아래 두 가지로 나뉨
 └ 간질액 (IF)15%ECF의 3/4세포를 적시는 액체. 혈장이 모세혈관 벽에서 걸러진(ultrafiltration) 것
 └ 혈장 (plasma)5%ECF의 1/4혈관 안을 순환하는 액체
보충
교안 그림·표기에서 헷갈릴 수 있는 부분
  • "25% Plasma"(Distribution of water in the body 그림): 간질액 80% + 혈장 25%는 합이 100%가 넘음. 다른 슬라이드 수치(ECF의 1/4)와 맞추면 혈장 = ECF의 20~25% 정도로 보면 되고, 체중 기준으로는 5%로 기억하면 됨. 교재마다 80/20 또는 75/25로 다르게 씀
  • "1/3 TBF", "2/3 TBF": Total Body Fluid의 약자로, TBW(체수분 총량)와 같은 뜻으로 쓰임
  • 같은 그림 왼쪽의 여성 수치(고형분 45%, 체액 55%)는 앞 슬라이드의 50%와 조금 다름. 출처가 다른 그림이라 생긴 차이로, 둘 다 "여성은 남성보다 낮다"는 점이 핵심임

체액의 조성 (Composition of Body Fluids)

세포외액과 세포내액의 대략적 조성

성분세포외액 (혈장)세포내액비교
Na⁺142 mmol/L10 mmol/L밖이 약 14배
K⁺4 mmol/L160 mmol/L안이 약 40배
Ca²⁺2 mmol/L<0.01 mmol/L안이 극히 낮음
Mg²⁺1 mmol/L13 mmol/L안이 높음
Cl⁻105 mmol/L3 mmol/L밖이 높음
HCO₃⁻27 mmol/L10 mmol/L밖이 높음
인산1 mmol/L100 mmol/L안이 높음
단백질70 g/L200 g/L안이 높음
삼투농도290 mOsm/L290 mOsm/L안팎이 같음
성분 하나하나는 안팎이 크게 다르지만, 녹아 있는 입자 수의 총합(삼투농도)은 같음. 이 때문에 평소에는 물이 한쪽으로 쏠리지 않음
외우는 법
교안의 "K + 고려대 로고" 슬라이드: 세포 안의 대표 이온은 K⁺(칼륨), 세포 밖은 Na⁺·Cl⁻·Ca²⁺. "세포 안에는 K가 산다"로 기억함
보충
삼투(osmosis)와 오스몰
  • 삼투: 물이 반투과성 막을 지나 용질이 적은(묽은) 쪽에서 많은(진한) 쪽으로 이동하는 현상. 수동수송의 한 종류임
  • 오스몰(osmol): 물에 녹아 실제로 떨어져 있는 입자 수 기준의 단위. 예) NaCl 1 mol → Na⁺ + Cl⁻ 로 나뉘어 약 2 osmol
  • 세포 밖이 더 진해지면(고장액) 세포는 물을 잃고 쪼그라들고, 더 묽어지면(저장액) 물이 들어와 부풂. 안팎을 290 mOsm/L로 맞추는 일이 중요한 이유임

교안이 "moles, osmoles"와 "Osmolarity 290"만 제시하고 개념 설명은 없어서 덧붙임. 막수송 분류의 "Osmosis"와도 이어짐.

1-7전기적 중성·항상성·농도차의 형성

체액 구획의 전기적 중성 (Electroneutrality)

체액의 끊임없는 변화 (항상성)

항상성: homeo(같은) + stasis(머무름). 자율신경계와 내분비계(호르몬)의 협조로 이루어짐 (용어사전, 두산백과)

세포막을 사이에 둔 농도차는 어떻게 만들어지나

보충
이 농도차가 왜 중요한가 — 휴지막전위 맛보기
  • K⁺·Na⁺의 안팎 농도차 때문에 세포막 안쪽은 바깥보다 음(-)전위를 띰. 신경세포에서 약 -70 mV(용어사전 기준 -60~-90 mV)이며 이를 휴지(정지)막전위라 함
  • 신경·근육세포가 흥분하면 극성이 순간적으로 뒤집혀 안쪽이 +30~40 mV가 됨 → 활동전위
  • "세포생리학의 기본 원리" 3·4번(전위차의 기원, 활동전위)이 이 농도차에서 출발함

용어사전의 action potential·electrical potential 항목과 이번 주 내용을 이어 둔 것. 다음 주차 내용의 예고에 해당함.

01차시 학습정리
  • 세포는 인체의 기본 구성 단위임
  • 세포내액과 세포외액은 조성이 다름
  • 세포내액과 세포외액(의 차이)은 유지되어야 함
02차시

세포 소통

학습목표: 세포막의 특성 이해 · 세포막을 통한 물질 이동 원리 이해 · 특수한 세포 간 소통 방식 설명

2-1세포막의 구성 – 인지질과 단백질 Characteristics of Cell Membranes

인지질 (phospholipid)

구조모양특징
마이셀 (micelle)한 겹의 공머리는 바깥(물 쪽), 꼬리는 안쪽으로 모임. 주로 꼬리가 하나인 분자(계면활성제)가 만듦
리포솜 (liposome)두 겹의 속 빈 공지질 이중층으로 둘러싸인 주머니. 안쪽 공간에 약물을 넣어 전달하는 데 쓰임
인지질 이중층두 겹의 판세포막의 기본 골격. 꼬리끼리 마주 보고 머리는 양쪽 물을 향함
보충
리포솜은 실제로 어디에 쓰이나
  • 용어사전은 "항암제 등 약물 전달"을 예로 듦
  • 2020~2021년 코로나19 mRNA 백신도 mRNA를 지질 나노입자(LNP)에 싸서 세포 안으로 넣음. 리포솜과 같은 원리(지질 막으로 감싸 막과 융합)를 응용한 것임
  • ※ LNP는 엄밀히는 리포솜과 내부 구조가 다른 별도 범주로 분류됨

막단백질 (Protein component of cell membranes)

구성 요소역할
수송 단백질 (transport protein)특정 물질이 막을 건너도록 통로·운반체 역할 → "문"
수용체 단백질 (receptor protein)호르몬 등 신호 분자가 결합하는 자리(binding site)를 가짐
인식 단백질 (recognition protein)세포의 "이름표". 면역계가 자기·비자기를 구분하는 데 쓰임
당단백질·탄수화물 사슬막 바깥면에 붙어 세포 인식·부착에 관여
콜레스테롤막의 유동성 조절
단백질 섬유 (protein filaments)막 안쪽(세포질 쪽)에서 막을 받치는 세포골격

2-2상피와 세포연접 Epithelia – Cell Junctions

세포연접위치 (위→아래)기능
밀착연접 (tight junction)가장 위쪽이웃 세포막을 단백질로 꿰매듯 붙여 세포 사이 틈으로 물질이 새는 것을 막음
부착대 (adhesive belt)밀착연접 아래세포 둘레를 띠처럼 감아 세포끼리 붙임
데스모솜 (desmosome)중간점처럼 강하게 붙여 잡아당기는 힘에 버팀 (부착연접의 일종)
간극연접 (gap junction)아래쪽이웃 세포 사이에 작은 통로를 열어 이온·작은 분자·전기 신호를 직접 전달
보충
세포를 지나는 길과 세포 사이를 지나는 길
  • 세포 경유 경로(transcellular): 물질이 세포 하나를 통째로 통과 (꼭대기 막 → 세포 안 → 기저측막). 교안 "Epithelial Transport"가 다루는 경로
  • 세포 사이 경로(paracellular): 밀착연접을 지나 세포 틈으로 이동. 밀착연접이 얼마나 촘촘한지에 따라 조직마다 새는 정도가 다름 (콩팥 근위세뇨관은 비교적 새는 편, 방광은 매우 촘촘함)
  • 뇌혈관의 밀착연접은 특히 촘촘해 혈액뇌장벽을 이룸 → 많은 약물이 뇌에 들어가기 어려운 이유

2-3막수송의 분류 Transport across cell membranes

수동수송 (Passive)

  • 단순확산
  • 촉진확산
  • 삼투 (물의 이동)

농도가 높은 쪽 → 낮은 쪽 ("내리막"). 에너지 필요 없음

능동수송 (Active)

  • 1차 능동수송 (ATP 직접 사용)
  • 2차 능동수송 (Na⁺ 기울기 이용)

농도가 낮은 쪽 → 높은 쪽 ("오르막"). 에너지 필요

댐과 펌프 비유

댐 = 수동수송

높은 곳에 고인 물이 열린 수문으로 저절로 흘러내림. 따로 힘을 들이지 않음

펌프 = 능동수송

땅속 낮은 곳의 물을 태양광 전기를 써서 위로 끌어올림. 에너지가 있어야 함

교안 슬라이드 제목은 둘 다 "Passive transports"로 되어 있으나, 오른쪽 펌프 그림은 능동수송과 대비하려는 그림으로 보는 것이 자연스러움

막수송 요약표 (교안)

종류전기화학적 기울기운반체 매개대사 에너지Na⁺ 기울기Na⁺-K⁺ 펌프 억제 시
단순확산내리막아니오아니오아니오–
촉진확산내리막예아니오아니오–
1차 능동수송오르막예예–억제됨 (Na⁺-K⁺ 펌프인 경우)
공동수송오르막*예간접예, 같은 방향억제됨
역수송오르막*예간접예, 반대 방향억제됨

* 하나 이상의 용질은 오르막으로 이동하고, Na⁺는 내리막으로 이동함

2-4수동수송 – 단순확산·촉진확산 Passive transports

A. 단순확산 (Simple diffusion)

폐의 가스 교환 – 단순확산의 대표 예

PO₂PCO₂
몸 조직에서 돌아온 혈액 (모세혈관 입구)40 mmHg45 mmHg
폐포 공기104 mmHg40 mmHg
폐를 떠나는 혈액 (모세혈관 출구)104 mmHg40 mmHg
보충
확산 속도를 정하는 것 — 픽의 법칙(Fick's law)
  • 확산 속도는 농도(분압) 차이와 막의 넓이에 비례하고, 막의 두께에 반비례함
  • 폐는 폐포 수억 개로 표면적을 넓히고(약 70 m²), 폐포 벽을 아주 얇게 해서 확산 속도를 높임
  • 폐 섬유화처럼 벽이 두꺼워지면 같은 농도차에서도 산소가 덜 들어가게 됨

교안은 "농도차에 따라 퍼진다"까지만 다룸. 미세융모(표면적 증가)·폐포 구조가 왜 그런 모양인지 이해하는 데 필요한 원리라 덧붙임.

B. 촉진확산 (Facilitated diffusion)

보충
입체 특이성 · 포화 · 경쟁이란
  • 입체 특이성: 운반체는 열쇠–자물쇠처럼 모양이 맞는 분자만 옮김. 예) 포도당 운반체는 자연형 D-포도당은 옮기지만 거울상인 L-포도당은 거의 옮기지 못함
  • 포화: 운반체 수가 정해져 있어 농도를 계속 높여도 수송 속도가 어느 값(최대 수송 속도)에서 더 오르지 않음. 단순확산은 농도에 비례해 계속 증가함
  • 경쟁: 모양이 비슷한 다른 분자가 같은 운반체 자리를 차지하면 원래 물질의 수송이 줄어듦. 교안 예의 갈락토스가 포도당 수송을 억제하는 것이 이 경우임

용어사전의 saturation·stereospecificity 항목은 화학 일반의 정의(설탕 용해, 반응 생성물)라 막수송 문맥과 바로 이어지지 않음. 강의 문맥의 뜻으로 다시 풀어 둠.

촉진확산의 예 – 근육·지방세포의 포도당 흡수

보충
GLUT4 — 인슐린이 "문을 내다 놓는" 방식
  • 근육·지방세포의 포도당 운반체 이름은 GLUT4임
  • 평소에는 세포 안쪽의 작은 소포에 보관되어 있다가, 인슐린이 수용체에 붙으면 세포막으로 옮겨 와 박힘 → 문이 늘어나 포도당이 들어옴
  • "방과 문" 비유로 보면, 인슐린은 문을 여는 열쇠라기보다 창고에 있던 문을 벽에 설치하게 하는 신호에 가까움
02차시 (1) 학습정리
  • 세포는 세포막을 통해 여러 물질을 수송함
  • 일부 세포는 특수한 물질 전달 방식으로 다른 세포와 소통함

2-5능동수송 – 1차·2차 Primary / Secondary active transport

C. 1차 능동수송 (Primary active transport)

세포 밖 (세포외액) Na⁺ 142 · K⁺ 4 mmol/L 세포 안 (세포질) Na⁺ 10 · K⁺ 160 mmol/L Na⁺-K⁺ ATPase 3 Na⁺ 밖으로 2 K⁺ 안으로 ATP ATP → ADP + Pi (끝 인산 결합의 에너지 사용)
Na⁺-K⁺-ATPase: 두 이온 모두 농도 기울기를 거슬러 이동 (교안 Pearson 그림을 단순화해 다시 그림)

1차 능동수송의 예 – Na⁺,K⁺-ATPase (Na⁺-K⁺ 펌프)

보충
3:2의 의미, 그리고 펌프의 에너지 사용량
  • 한 번 돌 때 양전하 3개를 내보내고 2개를 들이므로 세포 안이 조금 더 음(-)이 됨 → 펌프 자체가 휴지막전위에 약간 기여함(전기발생성 펌프)
  • 쉬고 있는 사람이 쓰는 ATP의 상당 부분(흔히 20~40%로 추정, 신경세포는 더 높음)이 이 펌프에 쓰임. 세포가 농도차 유지에 그만큼 큰 비용을 치른다는 뜻임

D. 2차 능동수송 (Secondary active transport)

구분이동 방향예
공동수송 (cotransport, symport)Na⁺와 다른 용질이 같은 방향소장의 Na⁺–포도당 공동수송, 콩팥 굵은 오름가지의 Na⁺–K⁺–2Cl⁻ 공동수송
역수송 (countertransport, exchange, antiport)Na⁺와 다른 용질이 반대 방향Na⁺–Ca²⁺ 교환, Na⁺–H⁺ 교환

Na⁺는 늘 자기 농도 기울기를 따라 세포 안으로 들어가고(내리막), 함께 옮겨지는 용질 X는 늘 오르막으로 이동함 (교안 Figure 4.14)

Na⁺–포도당 공동수송의 예

Na⁺–Ca²⁺ 역수송

보충
디기탈리스가 심장을 세게 뛰게 하는 원리 — 펌프·교환체 연결
  • 디기탈리스가 Na⁺-K⁺ 펌프를 억제 → 심장근세포 안 Na⁺가 늘어남 → Na⁺ 기울기가 줄어 Na⁺–Ca²⁺ 교환체가 Ca²⁺를 덜 내보냄 → 세포 안 Ca²⁺ 증가 → 수축력 증가
  • 교안에 따로 나온 두 내용(1차 능동수송의 억제제, Na⁺–Ca²⁺ 역수송)이 한 줄로 이어지는 실제 사례임. 심부전 치료에 쓰였고, 치료 범위가 좁아 독성에 주의가 필요한 약임
보충
SGLT — Na⁺–포도당 공동수송체의 이름과 당뇨병 약
  • Na⁺–포도당 공동수송체의 공식 이름은 SGLT(sodium-glucose linked transporter). 소장에는 주로 SGLT1, 콩팥 근위세뇨관에는 주로 SGLT2가 있음
  • 콩팥은 걸러진 포도당을 SGLT로 거의 전부 다시 흡수함. SGLT2 억제제(다파글리플로진 등)는 이 재흡수를 막아 포도당을 소변으로 내보내 혈당을 낮추는 당뇨병 약임
  • 설사로 탈수된 환자에게 물에 소금과 포도당을 함께 녹여 먹이는 경구 수분보충액(ORS)도 같은 원리: 포도당이 Na⁺와 함께 흡수되며 물도 따라 들어감

교안 마지막 "Pharmaceutical Drugs"와 2차 능동수송을 이어 주는 사례임.

한 세포의 다양한 문 (Diverse doors in a single cell)

비유뜻방향
문 없음 (공기)단순확산. 농도에 따른 수동 이동↘ 내리막
한쪽으로 열리는 문통로·운반체를 통한 확산. 농도에 따른 수동 이동↘ 내리막
회전문능동수송. ATP 사용 또는 Na⁺ 기울기 의존. 두 물질이 맞물려 움직이는 모습↗ 오르막

2-6막수송 종합 비교 Movement of molecules across cell membranes

지질 이중층 통과통로 단백질 통과촉진확산1차 능동수송2차 능동수송
순이동 방향고농도→저농도고농도→저농도고농도→저농도저농도→고농도저농도→고농도
막 내재 단백질 사용아니오예예예예
고농도에서 최대 속도(포화)아니오아니오예예예
화학적 특이성아니오예예예예
에너지 사용·출처아니오아니오아니오예: ATP예: 이온 기울기 (주로 Na⁺)
대표 물질비극성: O₂, CO₂, 지방산이온: Na⁺, K⁺, Ca²⁺극성: 포도당이온: Na⁺, K⁺, Ca²⁺, H⁺극성: 아미노산, 포도당, 일부 이온
교안 표의 "Naˡ, Kᴸ, Ca²ˡ, Hˡ"는 원본 파일의 글꼴이 깨진 것으로, Na⁺, K⁺, Ca²⁺, H⁺로 읽으면 됨

전형적인 세포막의 물질 이동 (교안 Figure 4.15)

2-7상피 수송 Epithelial Transport – Transcellular pathway

① Na⁺의 흡수

  • 내강 쪽: Na⁺가 나트륨 통로로 세포 안에 들어옴 (확산, 내리막)
  • 세포 안 Na⁺ 농도는 낮게 유지됨
  • 혈액 쪽: Na⁺/K⁺-ATPase가 3 Na⁺를 혈액 쪽으로 퍼냄 (능동수송, 오르막)

② 용질 X의 흡수 (예: 포도당)

  • 내강 쪽: Na⁺와 함께 2차 능동수송으로 들어옴 → 세포 안 X 농도가 가장 높아짐
  • 혈액 쪽: 촉진확산으로 혈액으로 나감 (내리막)
  • Na⁺/K⁺-ATPase가 Na⁺ 기울기를 유지
상피세포는 꼭대기 막과 혈액 쪽 막에 서로 다른 수송 단백질을 배치하고, 밀착연접이 두 막을 구분해 줌. 그 결과 물질을 한 방향(내강 → 혈액)으로 옮길 수 있음

2-8세포내 섭취·세포외 배출·엑소좀 Endocytosis / Exocytosis / Exosomes

세포내 섭취의 종류방식
(a) 액체 섭취 (fluid endocytosis, 음세포작용)주변 용질과 물을 가리지 않고 함께 떠 들임
(b) 식세포작용 (phagocytosis)위족을 뻗어 세균 같은 큰 입자를 감쌈 → 식포(phagosome) → 리소좀과 합쳐져 분해
(c) 수용체 매개 세포내 섭취리간드가 수용체에 붙으면 클라트린 단백질이 오목한 구덩이(clathrin-coated pit)를 만들어 소포 형성 → 엔도솜 → 리간드는 분리되어 골지체·리소좀으로, 수용체는 막으로 재활용

엑소좀 (Exosomes)

엑소좀은 세포가 단백질·RNA를 "소포에 담아 택배로 보내는" 세포 간 소통 수단임. 이번 주 제목인 '세포 소통'과 직접 이어지는 내용
보충
엑소좀의 크기와 연구 현황
  • 지름 약 30~150 nm로, 세포(수~수십 µm)보다 수백 배 작음
  • 혈액·소변·침 등 체액에서 찾을 수 있어, 엑소좀에 담긴 물질로 암 등을 진단하는 액체생검 연구가 진행 중임
  • 한국 화장품·피부 시술 광고에서 "엑소좀"을 내세우는 경우가 많으나, 치료 효과가 확인된 것과 마케팅 문구는 구분해서 볼 필요가 있음

2-9특수한 세포 소통 Special cell communications

① 신경전달물질 (Neurotransmitters)

보충
재흡수를 막는 약 — 항우울제 SSRI
  • 재흡수 수송체도 막수송 단백질임(대부분 Na⁺ 기울기를 쓰는 2차 능동수송체)
  • SSRI(선택적 세로토닌 재흡수 억제제)는 세로토닌 재흡수 수송체를 막아 시냅스 틈에 세로토닌이 더 오래 머물게 함
  • 신경전달물질을 분해하는 효소(예: 아세틸콜린 분해효소)를 막는 약도 같은 논리로 신호를 늘림

그림의 a·b·c 세 경로가 실제로 약물 표적이 된다는 점을 보여 주는 예.

② 호르몬 – 인슐린과 당뇨병

상태무슨 일이 일어나나
정상이자(췌장)가 인슐린 분비 → 세포의 인슐린 수용체에 결합 → 포도당이 세포 안으로 들어감
1형 당뇨병이자가 인슐린을 만들지 못함 → 수용체는 있으나 신호가 없어 포도당이 못 들어감
2형 당뇨병인슐린은 있으나 세포가 반응하지 못함(인슐린 저항성) → 포도당이 못 들어감
보충
1형과 2형의 차이 조금 더
  • 1형: 주로 자가면역으로 이자의 β세포가 파괴되어 생김. 인슐린 주사가 반드시 필요함
  • 2형: 전체 당뇨병의 대부분(약 90% 이상)을 차지. 유전·비만·운동 부족 등이 함께 작용하며, 초기에는 먹는 약으로 조절하는 경우가 많음
  • 교안 2-4의 내용과 연결: 인슐린 신호가 없거나 듣지 않으면 GLUT4가 막에 올라오지 못해, 근육·지방세포의 포도당 촉진확산이 줄어듦

③ 약물 (Pharmaceutical Drugs)

02차시 (2) 학습정리
  • 세포는 세포막을 통해 여러 물질을 수송함
  • 일부 세포는 특수한 물질 전달 방식(신경전달물질, 호르몬, 엑소좀)으로 다른 세포와 소통함
용어

용어 정리와 용어사전 정정

「생명과학의 세계」 2주차 용어사전 수록 용어를 이번 주 내용 기준으로 짧게 정리

영문국문한 줄 정리
action potential활동전위흥분성 세포가 활동할 때 막 안이 음전위에서 양전위로 잠깐 뒤집히는 전위 변화
active transport능동수송에너지를 써서 농도 기울기를 거슬러 옮김. 1차(ATP), 2차(이온 기울기)
body fluid체액체중의 약 60%. 세포내액 40%, 간질액 15%, 혈장 5%
capillary모세혈관지름 5~10 µm의 가장 가는 혈관. 조직과 물질 교환이 일어나는 곳
cell junction세포연접세포끼리, 세포와 세포외 기질을 잇는 구조. 폐쇄·부착·간극연접
cell / plasma membrane세포막 / 원형질막세포질을 둘러싼 선택적 투과막. 인지질 이중층 + 단백질
centriole중심립미세소관 3개 × 9묶음의 원통. 세포분열, 섬모·편모의 기원
chromatin염색질DNA + 히스톤 단백질 복합체. 기본 단위는 뉴클레오솜
cilia섬모세포 표면의 움직이는 털 모양 돌기. 미세소관 9+2 구조
columnar epithelium원주상피폭보다 키가 큰 기둥 모양 상피. 위·장에서 흡수 담당
concentration농도용액 속 성분의 양과 비율. 몰농도(mol/L) 등으로 표시
cotransport공동수송두 물질을 함께 옮김. 넓게는 symport·antiport를 모두 포함
cytoplasm세포질핵을 뺀 세포의 내용물 전체
electrical potential전위전기장 안에서 단위 전하가 갖는 위치에너지. 두 점의 차이가 전압
electrolyte전해질물에 녹아 이온으로 나뉘며 전기를 통하는 물질
electroneutrality전기적 중성양전하와 음전하의 양이 같아 전체가 중성인 상태
endoplasmic reticulum소포체거친면(리보솜 부착, 단백질) / 매끈면(지질·스테로이드 합성)
epithelium상피몸의 안팎 표면을 덮는 세포층
extracellular fluid세포외액세포 밖 체액. 간질액 + 혈장. 세포의 "내부 환경"
facilitated diffusion촉진확산운반체를 거치는 내리막 이동. 에너지 불필요, 포화·경쟁 있음
goblet cell배상세포술잔 모양의 점액 분비 세포. 호흡기·장 상피에 있음
golgi apparatus골지체단백질·지질을 가공·분류해 보냄
homeostasis항상성바깥이 변해도 몸 안 환경을 일정하게 유지하는 성질
intracellular fluid세포내액세포 안 체액. K⁺와 단백질이 많음
liposome리포솜인지질 이중층으로 된 속 빈 주머니. 약물 전달에 쓰임
lysosome리소좀산성 가수분해효소로 이물질·노폐물을 분해
micelle마이셀친수성 머리가 바깥, 소수성 꼬리가 안쪽인 한 겹 공
microtubule미세소관튜불린으로 된 속 빈 관. 세포골격의 일부
microvilli미세융모표면적을 넓히는 미세한 돌기. 장·근위세뇨관 상피
nucleus핵유전자(DNA)를 담은 구조. 핵막·염색질·인·핵형질로 구성
organ system기관계특정 생리 기능을 함께 하는 기관의 집단 (소화계, 신경계 등)
organism유기체생물체. 부분들이 기능적으로 연결되어 하나의 개체를 이룬 것
passive transport수동수송에너지 없이 농도 기울기를 따라 이동. 단순확산·촉진확산·삼투
phospholipid인지질글리세롤 + 지방산 2개 + 인산기. 세포막의 주성분
physiology생리학생체와 그 각 부분의 기능, 거기에 관여하는 물리·화학 과정을 다루는 학문
proximal tubule근위세뇨관보먼주머니에 이어지는 세뇨관. 포도당·아미노산·전해질 재흡수, 미세융모 있음
ribosome리보솜mRNA를 번역해 단백질을 만드는 알갱이
saturation포화(수송 문맥) 운반체가 모두 차서 수송 속도가 더 오르지 않는 상태
simple diffusion단순확산단백질 없이 막을 직접 통과하는 내리막 이동
stereospecificity입체 특이성(수송 문맥) 운반체가 특정 입체 구조의 분자만 알아보는 성질
stoichiometry화학량론반응·수송에 참여하는 물질의 수량 비율. 예) Na⁺-K⁺ 펌프 3:2
tight junction밀착연접상피세포 사이 틈을 봉해 물질이 새는 것을 막는 연접
보충
용어사전 영문 정의 중 잘못 들어간 항목

배포된 용어사전에서 아래 네 항목은 영문 정의가 다른 용어의 것으로 바뀌어 들어가 있음. 국문 정의는 맞으므로 영문은 아래처럼 읽으면 됨.

항목용어사전에 실린 영문 정의실제로 해당하는 용어
nucleus (핵)"An organism is any biological living system…"organism (유기체)
organ system (기관계)"A branch of biology that deals with the functions…"physiology (생리학)
organism (유기체)"In biology, tissue is…"tissue (조직)
physiology (생리학)"A vacuole is a membrane-bound organelle…"vacuole (액포)
  • 그 밖에 표제어 "endoplasmatic reticulum"은 "endoplasmic reticulum"이 표준 철자임 (교안 세포 구조 그림도 같은 오기)
  • saturation, stereospecificity의 국문 정의는 화학 일반의 뜻이라, 막수송 문맥에서는 위 표의 "수송 문맥" 설명으로 이해하는 편이 맞음