물질대사와 세포막

생물의 구성(세포)에서 세포막이 세포의 경계라고 배웠지만, 세포막은 그저 벽이 아니라 관문입니다. 인지질이 두 겹으로 늘어선 막에 여러 단백질이 박혀 있는 구조인데, 산소나 이산화 탄소처럼 아주 작은 분자는 이 막을 그냥 통과하고, 포도당이나 이온처럼 크거나 전하를 띤 물질은 막에 박힌 단백질이라는 정해진 통로로만 지나갑니다. 무엇을 들일지 정해져 있다는 뜻에서 이를 선택적 투과성이라고 합니다.

물질이 막을 지나는 방식은 크게 셋입니다. 확산은 입자가 스스로 퍼져 농도가 높은 쪽에서 낮은 쪽으로 이동하는 것이라 에너지가 들지 않습니다. 삼투는 물이 용질의 농도가 낮은 쪽에서 높은 쪽으로 이동하는 것으로, 결국 물 입장에서 보면 자기 농도가 높은 쪽에서 낮은 쪽으로 가는 확산입니다. 능동 수송은 다릅니다 — 세포가 ATP를 써서 농도가 낮은 쪽에서 높은 쪽으로, 즉 자연스러운 흐름을 거슬러 물질을 끌어올립니다. 이 능력 덕분에 세포는 바깥과 다른 조성을 유지할 수 있습니다.

막 안에서 벌어지는 화학 반응 전체가 물질대사이고, 그 모든 반응에는 소화 효소와 영양소에서 배운 효소가 붙어 있습니다. 효소는 반응이 시작되는 데 필요한 문턱(활성화 에너지)을 낮춰 체온 정도의 낮은 온도에서도 반응이 충분히 빠르게 일어나게 합니다. 물질대사는 방향에 따라 둘로 나뉩니다. 이화 작용은 큰 분자를 작은 분자로 쪼개며 에너지를 내놓고(세포 호흡, 소화), 동화 작용은 작은 분자를 큰 분자로 조립하며 에너지를 씁니다(광합성, 단백질 합성). 이화 작용이 내놓은 에너지는 곧바로 흩어지지 않고 ATP에 담겼다가, 동화 작용이나 능동 수송처럼 에너지가 필요한 곳에서 꺼내 쓰입니다.

결국 세포막과 효소는 생명 시스템이 굴러가게 하는 두 축입니다. 경계가 있어야 안과 밖이 다를 수 있고, 효소가 있어야 그 안에서 필요한 반응만 골라 빠르게 일어날 수 있습니다.