뿌리털이 토양으로부터 무기 이온을 흡수할 때 수동수송과 능동수송은 각각 어떻게 일어나나요?
안녕하세요. 식물이 생장을 하기 위해서는 토양으로부터 다양한 영양 성분을 흡수해야 한다고 알고 있습니다. 이때 뿌리털이 토양으로부터 무기 이온을 흡수할 때 수동수송과 능동수송은 각각 어떻게 일어나나요?
뿌리털의 무기 이온 흡수 시 수동수송은 토양의 특정 무기 이온 농도가 뿌리털 세포 내부보다 높을 때, 농도 차에 따라 에너지를 사용하지 않고 세포막의 운반 단백질이나 통로 단백질을 통해 이온이 자연스럽게 확산하는 방식입니다. 반면 능동수송은 일반적으로 토양의 무기 이온 농도가 뿌리털 내부보다 낮기 때문에, 세포가 ATP 에너지를 소모하여 농도 기울기를 거슬러 이온을 세포 안으로 능동적으로 수송하는 과정입니다.
안녕하세요. 정준민 전문가입니다.
수동수송은 농도, 전기화학적 기울기에 따라 확산, 채널을 통해 에너지 없이 이온이 들어옵니다.
능동수송은 atp를 이용한 펌프나 공동수송체로 농도차를 거슬러 이온을 흡수할수 있답니다.
수동 수송과 능동 수송, 이 둘의 가장 큰 차이점은 에너지를 사용하는지 여부와 물질의 농도 기울기에 따라 이동하는 방식입니다.
수동 수송은 에너지를 소모하지 않고 물질이 고농도에서 저농도로 자연스럽게 이동하는 현상입니다. 비유하자면 강물이 위에서 아래로 흐르는 것과 같은 것입니다. 뿌리털의 무기 이온 흡수 과정에서 수동 수송은 주로 확산을 통해 일어납니다.
반면 능동 수송은 에너지를 소모하여 물질이 저농도에서 고농도로 이동하는 현상입니다. 비유하자면 마치 강물을 거슬러 올라가는 것과 같아서 에너지가 필요합니다. 식물은 세포 호흡을 통해 얻은 ATP 에너지를 사용하여 능동 수송에 사용합니다.
안녕하세요. 네, 말씀해주신 것과 같이 뿌리털이 토양으로부터 무기 이온을 흡수할 때 수동수송과 능동수송은 서로 다른 원리로 작동합니다.
우선 수동수송은 에너지 소비 없이 물질이 이동하는 과정인데요, 이때 농도 차나 전기화학적 기울기를 따라 이동하며, 대표적으로 단순확산과 촉진 확산이 있습니다. 단순확산이란 무기 이온이 세포막을 직접 통과하는 경우이며 대부분 이온은 극성이거나 전하를 띠므로 지질 이중층을 직접 통과할 수 없습니다. 하지만 산소, 이산화탄소처럼 비극성 분자는 세포막을 자유롭게 통과할 수 있습니다. 대부분의 무기 이온은 이온 통로를 통해 이동하는 촉진확산의 방식을 따르는데요, 예를 들어, 토양 속 K⁺ 농도가 뿌리 세포 내보다 높으면, K⁺는 농도 기울기를 따라 뿌리털 세포 안으로 확산됩니다. 여기서는 에너지를 ATP로 직접 쓰지 않으며, 전기적/농도 기울기가 충분해야만 이동이 일어납니다.
반면에 능동수송은 세포가 에너지를 사용하여 농도 기울기와 반대 방향으로 물질을 이동시키는 과정으로 식물에서 주로 ATP를 사용하는 펌프가 관여합니다. 예를 들자면 뿌리 세포막에는 H⁺-ATPase가 존재하여, 세포 안의 H⁺를 토양 쪽으로 내보내는데요, 이로 인해 세포 안은 음전하를 띠게 되고, 세포 밖은 양전하가 많아집니다. 결과적으로 K⁺, NO₃⁻ 같은 양이온이 세포 안으로 들어오기 쉬운 전기화학적 기울기가 형성됩니다. 감사합니다.