2. 독성동태학-흡수(absorption), 확산(diffusion)

1. 흡수란?

 

흡수(absorption) 은 독성물질이 체내로 들어오는 과정이다. 소화되거나 흡입된 물질들은 위장 또는 호흡게의 세포장벽들을 통과하기 전까지는 체외에 존재하는 것으로 간주된다. 내부 장기에서의 효과를 나타내기 위해서는 반드시 흡수되어야한다.

 

생체이물이 흡수될 때 큰 영향을 미치는 것으로는 크게 아래와 같은 것들이 있다.

 

노출경로

접촉부위에서의 물질 농도

물질의 화학적, 물리적 성질

 

노출경로는 크게 7가지가 있는데, 대체로 일차적으로는 위장관계와 호흡기계, 그리고 피부로 체내에 들어오게 된다. 그외 삽입, 주사, 결막점적액(점안액), 좌약 같은 경우는 특수한 의학 목적을 위해 주로 사용된다. 위와 같이 흡수되기 위해서는 반드시 세포막(세포벽)을 통과해야만 한다.

 

 

2. 세포막의 기본구조

 

세포막(cell membrane) 은 두 종의 인지질로 샌드위치처럼 묶여있다. 각각의 인지질층은 인산염으로 된 머리와 지질로 된 꼬리로 구성되어 있다. 인산염 머리는 친수성(hydrophilic), 물과 친하고, 지질 꼬리는 친지질성(lipophilic), 지방과 친하다. 

 

인산염 머리는 친수성이고 지질 꼬리는 친지질성이다!

이러한 인지질의 특성 때문에 물이 대부분인 생체 내에서 인지질은 이중층을 이루게 된다. 인지질의 인산기 머리 부분은 물과 닿아있는 것을 선호하고, 지방산 꼬리 부분은 물로부터 떨어져있는 것을 선호하게 된다. 그렇기 때문에 꼬리 부분은 꼬리 부분끼리 모이고, 머리 부분은 물에 노출되어 이중층의 단일막을 형성하게 된다. 샌드위치처럼! 인지질의 이중막 구조는 모든 세포의 세포막을 이루며, 진핵생물의 세포내 소기관들(핵, 엽록체, 미토콘드리아 등)을 구성하는 중요한 구성요소이다.

 

 

3. 물질이 막을 통과하는 방법

 

물질이 막을 통과하는 법에는 크게 수동수송(passive transfer)과 능동 수송(active transfer)이 있다. 수송 수송은 딱히 생체 에너지가 필요하지 않으며, 고농도에서 저농도로 이동한다. 능동 수송은 수동 수송과는 다르게 ATP(adenosine triphosphate) 가수분해 에너지가 필요하다. 이 에너지를 통해 저농도에서 고농도로 물질을 세포막 밖, 또는 안쪽으로 역행시킬 수 있다. 

 

 

 

 

4. 수동수송-단순확산

 

수동수송(passive transfer)은 또다시 단순확산(simple diffusion)과 촉진 확산(facilitated diffusion, carrier-mediated diffusion)으로 나뉘어진다. 그 중 단순확산은 그 이름에서 알 수 있듯이 단순하게 농도가 높은 쪽에서 낮은 쪽으로 생체막(biological membrane)을 통한 물질 이동을 일컫는다. 단순 확산 결과 생체막 양쪽 부분의 농도 차이가 사라지게 되어 물질의 농도가 평형상태(equilibrium state)에 도달하게 된다.

 

 

단순확산

 

세포막의 인지질 2중층의 영향 때문에 단순확산은 지질용해도(lipid solubility)에 큰 영향을 받는다. 지질용해도∝확산속도 라고 말해도 무방하다.(지질용해도가 높은 물질은 인지질 막을 통해 쉽게 확산된다는 소리다.) 그 외에도 O₂, CO₂ 등의 기체, 벤젠과 같은 소수성 분자^[각주:1]와 작은 극성분자는 인지질 막을 통과할 수 있다. 하지만 포도당과 같은 큰 극성분자와 아미노산, 이온같은 전하를 띠는 분자는 통과하지 못한다. (포도당과 아미노산은 후에 기술할 촉진 확산을 통해서 세포막을 통과한다.) 작은 무극성 분자들처럼 어떤 것의 도움도 없이 날것의 상태로 막을 통과하면서 단순 확산(simple diffusion)을 하는 것이다. 그러나 극성을 지닌 이온들은 막단백질의 도움을 필요로 하며, 이러한 확산을 촉진 확산(facilitated diffusion, carrier-mediated diffusion)이라고 한다. 

 

 

5. 수동수송-촉진확산

 

지질 불용성 분자들, 즉 대부분의 수용성 분자들은 인지질층이 아니라 단백질 채널을 통해 확산한다. 촉진확산은 채널(통로 단백질, channel)와 운반체 단백질(transporter, 운반 단백질, carrier protein) 둘 중 누구의 도움을 받느냐에 따라 구분된다. 에너지가 필요하지 않다는 점에서 단순확산과 비슷하나, 세포막을 확산으로 통과하기 어려운 큰 분자들의 이동에 적합하다. 적혈구와 포도당, 아미노산이 그 예이다. 

 

 

(좌) 채널과 운반단백질, (우) 운반단백질

채널과 운반체 단백질은 물질을 이동시킬 때 단백질의 형태 변화로 구분한다. 채널은 특별한 형태 변화 없이 그냥 주변 상황 변화에 따라 열리고 닫히기만 하는 반면, 운반체 단백질은 위 사진과 같이 몸체를 변형시켜가며 물체를 수송한다.

 

 

6. 능동수송

 

능동수송은 세포막 등의 생체막에서 물질이 이동할 때, 세포의 밖과 안의 농도 차이를 이기고 영양을 선택적으로 흡수하거나 배출하는 작용을 말한다. 이 능동수송에서도 수동수송 중 촉진확산과 같이 운반 단백질이 쓰이는데, 능동수송에 쓰이는 운반 단백질을 특별히 펌프(pump)라고 부른다. (촉진확산에 쓰이는 운반 단백질은 ATP 를 쓰지 않는반면, 능동수송은 역행하기 때문에 ATP를 사용하게 된다. 이 때문에 능동수송에 쓰이는 운반 단백질을 특정화시키는 것이다.)

 

이 능동수송의 예로 가장 많이 대두되는 것이 Na-K (Sodium-potassium) 이다. 체내에서 칼륨 이온 농도는 안쪽이, 나트륨 이온 농도는 항상 바깥쪽이 높게 유지된다. 앞서 단순확산에서 언급하였듯이 확산은 생체막 양쪽 부분의 농도 차이가 사라지게 되어 물질의 농도가 평형상태(equilibrium state)에 도달하게끔 만든다. 하지만 이 나트륨 이온과 칼륨이온은 그렇지가 않다. 이 이유가 바로 능동 수송에 있는 것이다. ^[각주:2]

 

나트륨 이온을 세포 밖으로 빼내는 것과 동시에 칼륨 이온을 세포 안으로 옮긴다.

 

7. 세포 내 이입(엔도시토시스, endocytosis)

 

그 외에도 엔도시토시스(endocytosis)라는 작용을 통해 생체이물이 세포 내로 들어갈 수도 있다. 엔도시토시스는 세포막의 일부가 물질을 둘러싸 함입된 물질과 세포막의 일부가 분리되어 세포 내로 이동하는 것을 말한다.

 

그 반대의 경우는 엑소시토시스(exocytosis)라고 말한다.  이 엔도시토시스도 크게 식포 내의 내용물에 따라 식세포작용(phagocytosis, cell eating)과 음세포작용(pinocytosis, cell drinking)으로 나눠진다. 만약 식포 내의 내용물이 고형물이라면 식세포작용, 물 또는 용액이라면 영양분을 흡수하기 위한 음세포작용이다. 식세포작용에는 유명한 백혈구가 있다. 

 

 

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자료조사 출처

자료조사 출처

 

https://m.blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=wdfsy35&logNo=221042429160&proxyReferer=https%3A%2F%2Fwww.google.com%2F

[신경과학 #16] 수동수송과 능동수송, 막단백질

https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=1190509&cid=40942&categoryId=32322

엔도시토시스

https://blog.naver.com/hafs_snu/220855450875

[대학교 일반생물학] 막 수송/채널(channel)/수송체(transporter)/운반체(carrier)/펌프(pump)/능동 수송(active transport)/확산

https://m.blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=david6703&logNo=220724767157&proxyReferer=https%3A%2F%2Fwww.google.com%2F

단순 확산과 촉진 확산의 비교

https://terms.naver.com/search.nhn?query=%EC%9D%B8%EC%A7%80%EC%A7%88+2%EC%A4%91%EC%B8%B5&searchType=&dicType=&subject=

인지질 2중층 : 네이버 지식백과

https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=1232360&cid=40942&categoryId=32311

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http://study.zum.com/book/13362

확산 : 학습백과zum

http://blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=haniclinic&logNo=221188177619

2-4 세포막을 통한 물질의 이동

https://m.blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=magician_e&logNo=220373442395&proxyReferer=https%3A%2F%2Fwww.google.com%2F

■ 단순확산, 촉진확산(막단백질), 아쿠아포린

https://m.blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=suaaa1118&logNo=221103577344&proxyReferer=https%3A%2F%2Fwww.google.com%2F

[인체생리학] 세포막을 통한 물질이동 기전에 대하여

https://nate9389.tistory.com/67

【생물학】 1강. 생물체의 구성

https://m.post.naver.com/viewer/postView.nhn?volumeNo=13591571&memberNo=1891127&vType=VERTICAL

체내의 나트륨을 배출해주는 ‘칼륨’! 너무 적어서도 많아서도 안 돼요

 

 

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학기 중에 했던 거 천천히 업로드할게요!! 티스토리 에디터 창 훨씬 깔끔해져서 작성하기 쉬워진 것 같아요ㅎㅎ.. 이 부분은 처음 읽었을 때 뭔 내용인지 몰랐었는데 공부하다보니까 좀..재밌더라고요! 내일도 이어서 포스팅 할게요 진짜 오랜만이다!! 확실히 혼자 공부하니까 누군가 한국어로 정리한 정보가 정말정말정말 큰 도움이 되는데 저도 그랬으면 좋겠네요. 아... 대학 수업 내용 정리해서 올려주시는 분..약학 관련해서 무언가 정리해서 올려주시는 분.. 정말..정말 감사합니다... 정말 감사합니다...

 

*해당 내용은 전문 지식이 없는 중학생이 작성한 것입니다.

 

 

 

 

1. 소수성(疏水性, Hydrophobe)은 물 분자와 쉽게 결합되지 못하는 성질을 의미한다. 일반적으로 극성을 띠지 않으면 소수성을 띤다. [본문으로]
2. 체액의 주요 전해질인 칼륨은 나트륨과 함께 작용하며 체내의 수분량과 산, 알칼리 균형을 조절하여 정상 혈압을 유지하고, 에너지 대사 및 뇌 기능을 활성화 하는데 도움을 준다. [본문으로]