생명과학 고3 세포의 구조와 기능 심화

세포내·외 운반(식세포작용·분비)

세포막이 함입(세포내 섭취: 식세포작용·음세포작용)하거나 소낭이 세포막과 융합(세포외 분비)하여 큰 물질을 수송하는 과정이다.
세포막이 안쪽으로 접혀 들어가 큰 물질을 통째로 감싸 들이거나(세포내 섭취), 소낭이 세포막과 융합해 내용물을 밖으로 쏟아 내는(세포외 분비) 수송 방식입니다.
택배가 문틈으로 들어오지 못할 만큼 크면 문 자체를 열어 상자째 들여야 합니다. 확산이나 펌프가 '문틈으로 통과'라면, 이 수송은 '벽을 오목하게 만들어 상자째 삼키기'입니다.

쉽게 말하면

세포막의 통로와 펌프는 이온이나 포도당 정도의 작은 분자를 다룹니다. 그런데 백혈구가 세균을 잡아먹거나 이자 세포가 인슐린을 분비할 때 오가는 것은 단백질 덩어리, 심지어 세포 하나입니다. 이런 크기는 어떤 막단백질도 통과시킬 수 없습니다. 그래서 세포는 막 자체를 변형시켜 물질을 소낭에 담아 나릅니다. 인지질 이중층이 유동성을 가진 액체 같은 막이기에 가능한 일입니다.

세포내 섭취는 막이 물질 쪽으로 오목하게 함입되어 물질을 감싸고, 그 부분이 떨어져 나와 소낭이 되는 과정입니다. 세균처럼 큰 고체를 삼키면 식세포작용, 액체와 그 속의 용질을 마시듯 들이면 음세포작용이라고 부릅니다. 식세포작용으로 만들어진 소낭은 대개 리소좀과 융합해 내용물이 분해됩니다.

세포외 분비는 반대 방향입니다. 골지체에서 가공·포장을 마친 물질이 소낭에 담겨 세포막 쪽으로 이동한 뒤, 소낭막이 세포막과 융합하면서 내용물이 세포 밖으로 쏟아집니다. 여기서 놓치기 쉬운 사실이 있습니다. 소낭막이 세포막에 합쳐지므로 세포막의 재료가 보충된다는 점입니다. 세포내 섭취는 반대로 세포막을 조금씩 떼어 가므로, 두 과정이 균형을 이루며 세포막의 넓이가 유지됩니다.

두 과정 모두 막을 구부리고 자르고 붙이는 데 에너지가 들기 때문에 ATP를 씁니다. 다만 능동 수송과 달리 농도 기울기를 거스르느냐와는 관계가 없습니다. 물질이 너무 커서 통과 자체가 불가능하다는 점이 이 수송을 부르는 이유입니다.

이렇게 나타납니다

  1. 예시 1
    백혈구의 식세포작용
    백혈구는 침입한 세균을 향해 세포막을 뻗어 감싸 삼킨 뒤, 그 소낭을 리소좀과 융합시켜 소화 효소로 분해합니다. 세균이 세포막을 '통과'해 들어오는 것이 아니라, 세포막에 싸인 채 세포 안에 들어와 있다는 점이 중요합니다.
  2. 예시 2
    신경 전달 물질의 분비
    신경 세포의 축삭 말단에는 신경 전달 물질이 담긴 소낭이 대기하고 있습니다. 흥분이 도달하면 소낭이 세포막과 융합해 내용물을 시냅스 틈으로 쏟아 냅니다. 세포외 분비가 몇 밀리초 단위로 정확히 일어나는 현장입니다.
  3. 예시 3
    소화 효소와 호르몬의 분비 경로
    리보솜에서 만들어진 단백질이 소포체를 거쳐 골지체에서 다듬어지고, 소낭에 담겨 세포막으로 갑니다. 마지막 문을 여는 단계가 세포외 분비입니다. 소기관들이 왜 그 순서로 늘어서 있는지가 여기서 드러납니다.

세포내 섭취와 세포외 분비

구분세포내 섭취세포외 분비
방향세포 밖 물질을 안으로세포 안 물질을 밖으로
막의 변화세포막이 함입되어 소낭이 떨어져 나옴소낭이 세포막과 융합
세포막 넓이조금 줄어듦조금 늘어남
백혈구의 식세포작용신경 전달 물질·소화 효소의 분비

자주 하는 오해

삼킨 물질이 곧바로 세포질에 풀려 있다고 생각하기
이렇게 생각하기 쉬움백혈구가 세균을 삼키면 세균이 세포질 속을 떠다닌다
실제로는삼켜진 물질은 막에 싸인 소낭 안에 갇혀 있습니다. 세포질과는 여전히 막으로 분리되어 있습니다.
세포막이 함입되어 감쌌기 때문에, 소낭 안쪽은 원래 세포 '바깥'이었던 공간입니다. 세균이 세포질에 직접 닿으면 위험하므로 세포는 막에 가둔 채 리소좀과 융합시켜 안전하게 분해합니다. 이 구조를 알아야 리소좀이 왜 소낭과 '융합'하는지 이해됩니다.
능동 수송과 같은 것으로 묶어 버리기
이렇게 생각하기 쉬움ATP를 쓰니까 세포내·외 운반도 능동 수송이다
실제로는둘 다 ATP를 쓰지만 원리가 다릅니다. 능동 수송은 막단백질이 물질을 농도 기울기를 거슬러 '통과'시키고, 세포내·외 운반은 막 자체를 변형해 물질을 소낭에 담아 나릅니다.
능동 수송을 부르는 이유는 '방향이 거꾸로라서'이고, 세포내·외 운반을 부르는 이유는 '물질이 너무 커서'입니다. 이유가 다르므로 조건도 다릅니다. 큰 물질은 농도가 낮은 쪽으로 나가더라도 소낭에 담아야만 나갈 수 있습니다.

선수 개념 — 이걸 먼저 알아야 해요

골지체고3세포막고3

이후 개념 — 이 개념을 배우면 이어집니다

없음 — 이 개념이 마지막입니다

같은 단원의 개념 — 세포의 구조와 기능

골지체고3능동 수송고3단백질고3리보솜고3리소좀고3미토콘드리아고3삼투고3생체 고분자고3세포 소기관고3세포막고3소포체고3엽록체고3지질고3촉진 확산고3탄수화물고3고3핵산고3확산고3

자주 묻는 질문

Q1식세포작용과 음세포작용은 어떻게 구분하나요?
삼키는 대상이 고체 덩어리면 식세포작용, 액체와 거기 녹아 있는 물질이면 음세포작용입니다. 막을 함입시켜 소낭을 만든다는 원리는 같고, 대상의 상태가 다를 뿐입니다.
Q2세포외 분비를 계속하면 세포막이 무한히 커지나요?
아닙니다. 세포내 섭취가 동시에 일어나 세포막을 떼어 가기 때문에 넓이가 균형을 이룹니다. 두 과정을 막의 순환이라는 하나의 흐름으로 보면 이해하기 쉽습니다.
Q3이 수송에는 세포막의 유동성이 왜 중요한가요?
막이 딱딱한 판이라면 접히거나 끊어졌다 붙을 수 없습니다. 인지질 이중층의 인지질들이 옆으로 자유롭게 움직이는 유동 모자이크 구조이기 때문에 함입과 융합이 가능합니다.
교육과정 2022 개정 · 고3 생명과학 · 세포의 구조와 기능 수록 심화 (교육과정 밖 확장 개념)

이렇게 오가는 물질들이 정확히 어떤 분자인지 알고 싶다면 생체 고분자에서 세포를 이루는 네 가지 큰 분자를 살펴보세요.

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