촉진 수송

원형질막(plasma membrane)의 화학적 및 물리적 특성은 원형질막이 물질을 선택적으로 투과할 수 있게 합니다. 원형질막엔 소수성(hydrophobic) 영역과 친수성(hydrophilic) 영역이 모두 있기 때문에, 물질은 두 영역을 모두 통과할 수 있어야 합니다. 막의 소수성 영역은 전하 이온 같은 물질을 튕겨냅니다. 따라서 이런 물질은 세포막을 잘 통과하기 위해 특별한 막 단백질(membrane protein)이 필요합니다. 촉진 확산(facilitated diffusion)으로 알려진 촉진 수송(facilitated transport) 과정에서 분자와 이온은 채널 단백질(channel protein)과 운반체 단백질(carrier protein), 이 두 종류의 막수송단백질(membrane transport protein)을 통해 막을 통과합니다. 이러한 막수송단백질은 추가적인 에너지 없이 물질이 확산되게 만듭니다.

채널 단백질

채널 단백질은 전하를 띤 분자가 친수성을 띤 통로를 형성하여 막의 소수성층을 피해 막을 통과할 수 있도록 만듭니다. 채널 단백질은 통과시키는 물질에 대해 특정성을 띱니다. 예를 들어 아쿠아포린(aquaporin)은 원형질막에서 물만 특정적으로 수송하는 채널 단백질입니다.

채널 단백질은 항상 열려 있거나 흐름을 제어하기 위한 게이트가 있어 특정한 기작을 따라 게이트를 여닫습니다. 게이트 채널단백질(gated channel protein)은 특정 이온이나 물질이 채널에 결합하거나 다른 기작이 발생할 때까지 계속 닫혀 있습니다. 게이트 채널단백질은 근육 세포와 신경 세포 같은 세포의 막에서 발견됩니다. 근육 수축은 게이트 채널단백질의 개폐를 제어함에 따라 막 내부와 외부의 이온농도가 변화하며 발생합니다. 이런 제어된 장벽이 없으면 근육 수축은 효율적으로 일어나지 않을 것입니다.

운반체 단백질

운반체 단백질은 특정 물질에 결합하여 단백질에 형태적인 변화(conformational change)를 일으킵니다. 이런 형태적인 변화는 물질이 농도구배(concentration gradient)에 따라 이동할 수 있게 만듭니다. 따라서 수송 속도는 농도구배가 아니라 이용 가능한 운반체 단백질의 수에 따라 달라집니다. 단백질은 수소결합(hydrogen bond)이 불안정하면 모양이 바뀌는 것으로 알려져 있지만 운반체 단백질의 형태가 바뀌는 기작은 완전히 밝혀지지 않았습니다.

확산 속도

단순 확산(simple diffusion)보다 세포가 더 많이 관여하지만, 촉진 수송은 확산이 놀라운 속도로 진행되게 만듭니다. 채널 단백질은 초당 수천만의 분자를, 운반체 단백질은 초당 수천에서 수백만의 분자를 이동시킵니다.