생물학개론, 수분퍼텐셜과 촉진확산에 관하여

수동적인 수송을 나타내는 여러 요소들 중에 수분퍼텐셜과 촉진확산 등에 대한 생물학적 개론들에 대해 정리하였습니다. 식물 속의 물이 어떻게 이동하는가에 대한 중요한 설명이 됩니다.

 

 

수분퍼텐셜과 촉진확산

 

 

수분퍼텐셜과 촉진확산

 

 

수분퍼텐셜

 

1. 수분퍼텐셜의 개념

     식물체를 통한 물의 이동은 단순한 농도기울기만이 관련되는 것이 아니므로 생리학자들은 수분퍼텐셜(water potential)이라 불리는 넓은 개념을 발달시켰습니다. 수분퍼텐셜은 에너지 상태를 포함합니다. 때문에 수분퍼텐셜은 한 체계 내의 자유에너지 상태라는 관점에서 생각할 수 있습니다. 즉, 한 체계에서 자유에너지가 일을 하는 데 이용 가능한 에너지입니다. 간단히 말해서 한 장소에서 농축된 많은 양의 물은 큰 자유에너지를 나타냅니다. 그래서 막의 한쪽 면에 있는 고농도의 물 분자는 이동될 수 있을 만큼 자유롭다면 농도가 낮은 곳으로 빨리 이동됩니다. 즉 물 분자는 물의 저농도 쪽으로 이동합니다. 결국 역동적 평형에 도달하면 물은 낮은 자유에너지 상태에 도달합니다(낮은 에너지 상태에 도달하려는 경향은 물질의 경향과 같음을 상기 합시다). 어떤 체계에서 수분퍼텐셜은 표준(대기압과 동일한 온도하의 순수한 물)과 비교함으로써 결정됩니다. 순수한 물이 표준이기 때문에 생물체의 세포와 조직내의 수분퍼텐셜은 거의 항상 0보다 작은 음의 값을 가집니다.

 

2. 수분퍼텐셜의 요인

     삼투현상과 달리 수분퍼텐셜은 농도와 용질 성분의 요소를 둘 다 가집니다. 그러나 수분퍼텐셜의 요인은 온도, 압력, 세포벽, 또는 토양 같은 주위의 기질을 포함하므로 더 발달된 것입니다. 온도의 증가는 물의 자유에너지를 증가시켜, 식물은 종종 태양에 의해 따뜻해진 잎과 뿌리 사이에 급격한 온도기울기를 형성합니다. 증가된 압력이 물의 자유에너지를 증가시킵니다. 식물은 전부분에서 수분퍼텐셜 기울기를 가집니다. 마지막으로 주위의 기질은(보통 자유에너지를 감소시켜서) 수분퍼텐셜에 영향을 미칩니다. 토양내의 전하를 띤 점토 입자 또는 세포벽의 셀룰로오스에 붙어 있는 물은 농도기울기로부터 쉽게 이탈될 수 있습니다. 응집력은 식물에서 물의 수송에 중요한 힘입니다. 특히 깊은 토양에서 100m에 이르는 잎까지 물을 이동시키는 데 중요한 기능을 수행합니다. 식물에서의 수송을 다루는 수분퍼텐셜의 요인에 관해서는 뒤에서 다시 정리하겠습니다.

 

촉진확산과 투과효소의 역할

 

     수동수송의 마지막 예인 촉진확산(facilitated diffusion)은 막내에 묻혀 있는 특수한 운반체 분자(carrier molecule)의 도움에 의해 다른 분자가 이동하는 것을 말합니다. 촉진확산에서, 관련 예너지가 열에너지라는 것과 분자의 순이동이 항상 고농도에서 저농도로 이동한다는 것은 단순확산과 비슷합니다. 단지 촉진확산에서는 특정 종류의 분자만이 통과할 수 있고, 또한 이러한 분자의 통과는 비슷한 형태나 전하를 띤 다른 분자보다 매우 쉽게 일어납니다.

     어떻게 이런 일들이 일어날까요? 촉진확산에 대해서는 많이 알려져 있지는 않지만, 투과효소(permease)라고 불리는 운반체 분자가 막에 삽입되어 있고, 이들에 의해 막 투과성이 크게 증진되는 것으로 믿어집니다. 일부 투과효소가 분리되었으나, 이들이 어떻게 활동하는지는 정확하게 알려져 있지 않습니다. 

 

 

참고할 글

 

• 생물학개론, 삼투현상에 관하여
• 생물학개론, 수송 메카니즘에 관하여
• 생물학개론, 세포 연접에 관하여