글로벌 세계 대백과사전/생물II·식물·관찰/생명과 물질/생체막과 그 작용/능동 수송과 나트륨 펌프

막을 통해 물질이 이동하는 데는 여러 가지 방법이 있다. 파크는 막 투과를 아홉 가지 방법으로 분류하였다. 이 중 확산이라는 물리 현상에 의해 물질이 막을 통과하는 경우, 이를 수동 수송이라 한다. 예를 들어 물을 담은 컵에 붉은색 잉크를 한 방울 떨어뜨리면 이윽고 컵의 물 전체가 불그스름한 용액이 된다. 이것은 붉은색 잉크가 농도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동하여 전체에 농도차가 없어졌기 때문이다. 이와 같은 물리 현상을 확산이라 하며, 생물체 내에서도 많이 일어난다. 막을 통과하여 일어나는 확산이 침투이다. 이에 비해 물질이 막을 통과하여 이동하는 데 있어 농도 구배나 전기 화학적 구배로 거슬러올라가 이동할 때 이를 능동 수송이라 한다. 능동 수송의 구조는 최근에 와서야 연구되기 시작하여 몇 가지 설이 나오고 있다.

여러 가지 세포내의 K+과 Na+의 농도차를 비교해 보면 K+은 Na+보다 훨씬 많이 존재한다. 그런데 세포 밖에서는 반대로 Na+이 많다. 또 해조류 속에 저장되어 있는 요드량은 바닷물 속에 함유되어 있는 요드의 백만 배나 된다고 한다. 이런 예를 보면 확산이나 침투 같은 현상으로 물질이 이동했다고는 생각할 수 없다. 이는 농도 구배나 전기 화학적 구배로 거슬러올라가 물질이 이동한 능동 수송의 예이다. 구배로 거슬러올라가 물질을 이동시키려면 에너지가 필요한데, 이 에너지는 호흡의 결과로 생긴 ATP에 유래한다.

따라서 만약 호흡을 어떤 방법으로 멎게 하면 세포 안팎의 농도차는 없어진다. 이와 같이 능동적으로 물질을 퍼올리는 구조를 일반적으로 펌프라고 하며, 나트륨의 경우를 나트륨 펌프라고 한다. 나트륨 펌프는 확산 등에 의해 세포 내로 들어간 나트륨 이온을 세포 밖으로 퍼내는 작용을 한다. 이때 나트륨 이온이 세포 밖으로 나오는 대신 어느 정도의 칼륨 이온을 세포 내로 받아들인다. 이 때문에 세포 내에는 나트륨 이온이 적어지고 칼륨 이온이 많아진다. 이 같은 현상은 에너지를 소비하면서 세포가 적극적으로 이온을 이동시키는 능동 수송의 한 예이다.