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의생명공학/인체생리

세포 생리_Cellular Physiology

by 오머리쿠_OmaryKoo 2025. 1. 18.

생리학(Physiology)은 생명체가 어떻게 기능하고 조절되는지를 연구하는 학문이다. 이는 세포 수준에서부터 조직, 기관, 전체 생명체에 이르는 다양한 생리적 과정을 포함하며, 신체의 항상성을 유지하는 데 필수적인 역할을 한다. 생리학은 의학, 생명공학, 신경과학, 스포츠과학 등 여러 분야와 밀접하게 연관되어 있다.


1. 체액의 구획

이미지출처_ Acute IVF Administration

우리 몸의 체액은 크게 세포 내액(Intracellular fluid, ICF)세포 외액(Extracellular fluid, ECF)으로 나뉜다.

 

  • 세포 내액(ICF): 세포 내부에 존재하며, 전체 체액의 약 2/3를 차지한다. 칼륨(K+)이 풍부하고, 단백질과 여러 대사산물이 포함되어 있다.
  • 세포 외액(ECF): 세포 바깥에 존재하며, 혈장(Plasma)과 세포 사이질액(Interstitial fluid)로 나뉜다. 나트륨(Na+)염소(Cl-)이 주요 구성 성분이다.

 

체액의 균형은 삼투압과 이온 조절을 통해 유지되며, 이 과정이 원활하지 않으면 탈수, 부종과 같은 문제가 발생할 수 있다.


2. 세포막

세포막(Plasma membrane)은 세포를 둘러싸는 보호막 역할을 하며, 인지질 이중층(Phospholipid bilayer)으로 구성되어 있다. 이 막은 선택적 투과성(Selective permeability)을 가지므로, 세포 내외의 물질 이동을 정교하게 조절한다.

 

이미지출처_ Biology 2e, The Cell, Structure and Function of Plasma Membranes, Passive Transport ❘ OpenEd CUNY

 

세포막의 주요 구성 요소

  • 인지질: 소수성과 친수성 부분을 가지며, 유동성을 유지하는 데 중요한 역할을 한다.
  • 단백질: 운반체 단백질, 수용체 단백질 등으로 물질 이동과 신호 전달을 조절한다.
  • 콜레스테롤: 세포막의 유동성을 조절하고 안정성을 부여한다.

3. 세포막을 통한 물질 이동

세포는 필요한 물질을 들여오고, 불필요한 물질을 내보내는 다양한 이동 기작을 활용한다. 이는 크게 수동수송(Passive transport)능동수송(Active transport)으로 나뉜다.

이미지출처_ Biology 2e, The Cell, Structure and Function of Plasma Membranes, Passive Transport ❘ OpenEd CUNY

① 수동수송: 에너지를 사용하지 않으며, 농도 기울기에 따라 물질이 이동한다.

  • 확산(Diffusion): 고농도에서 저농도로 물질 이동
  • 촉진확산(Facilitated diffusion): 특정 단백질을 통해 확산
  • 삼투(Osmosis): 물이 반투막을 통해 이동

② 능동수송: ATP를 이용하여 농도 기울기에 반하여 물질을 이동시킨다.

ex) 나트륨-칼륨 펌프(Na+/K+ pump), 칼슘 펌프(Ca2+ pump)


4. 삼투(Osmosis)

삼투(Osmosis)는 용질의 농도 차이에 의해 물이 이동하는 현상이다. 이는 체액의 균형을 유지하는 중요한 기작으로 작용한다.

이미지출처_HYPOTONIC , ISOTONIC AND HYPERTONIC SOLUTION - EKUL EDUCATION

  • 고장액(Hypertonic solution): 세포 외부의 농도가 높아, 물이 세포 밖으로 빠져나가 세포가 수축한다.
  • 등장액(Isotonic solution): 세포 내외의 농도가 같아 물의 이동이 없다.
  • 저장액(Hypotonic solution): 세포 내부의 농도가 높아, 물이 세포 안으로 들어와 세포가 팽창한다.

5. 세포횡단 수송(Transcellular transport)

세포횡단 수송은 특정 물질이 한쪽에서 들어와 반대쪽으로 나가는 과정이다. 이는 장(腸)에서 영양소 흡수, 신장에서 이온 재흡수 등에 필수적이다.

이미지출처_Transcellular transport pathways commonly used for BBB transport. (A)... ❘ Download Scientific Diagram

  • 능동수송을 통한 수송: ATP를 사용하는 수송체가 관여함
  • 소낭수송(Vesicular transport): 엔도시토시스와 엑소시토시스를 포함

6. 엔도시토시스 & 엑소시토시스

이미지출처_Exocytosis and Endocytosis: Definition, Differences, and Importance

  • 엔도시토시스(Endocytosis): 세포가 외부 물질을 섭취하는 과정
    • 파고시토시스(Phagocytosis): 큰 입자를 섭취 (예: 면역세포가 세균을 삼킴)
    • 핀토시토시스(Pinocytosis): 액체를 섭취
  • 엑소시토시스(Exocytosis): 세포 내 물질을 외부로 방출하는 과정
    • 신경전달물질의 방출: 뉴런이 시냅스를 통해 정보를 전달하는 과정으로, 신경전달물질이 방출되어 다음 뉴런이나 근육세포에 신호를 전달한다.
    • 호르몬 분비: 내분비세포에서 호르몬을 혈류로 방출하여 신체의 기능을 조절한다.

7. 세포의 신호전달

세포는 신호전달을 통해 환경 변화에 적응하고, 체내 항상성을 조절한다.

이미지출처_Receptor-ligand interactions: Advanced biomedical applications - ScienceDirect

  • 리간드(Ligand)와 수용체(Receptor)의 결합: 특정 리간드(호르몬, 신경전달물질 등)가 수용체와 결합하면 세포 내 신호전달 경로가 활성화된다.
  • 신호전달 경로: 단백질 인산화(Phosphorylation), 2차 신호전달자(cAMP 등)와 같은 다양한 기작이 관여한다.
  • 호르몬과 신경전달물질의 역할: 호르몬은 신체의 장기적인 조절을 담당하며, 신경전달물질은 신경계 내에서 빠르게 정보를 전달하는 역할을 한다.

<출 처>

 

Acute IVF Administration

 

www.cdc.gov

 

Biology 2e, The Cell, Structure and Function of Plasma Membranes, Passive Transport | OpenEd CUNY

 

 

# 25 Passive and active transport across cell membranes

Substances can enter or leave a cell in 2 ways: 1) Passive a) Simple Diffusion b) Facilitated Diffusion c) Osmosis (water only) ...

biology4alevel.blogspot.com

 

 

 

HYPOTONIC , ISOTONIC AND HYPERTONIC SOLUTION - EKUL EDUCATION

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ekuleducation.in

 

Transcellular transport pathways commonly used for BBB transport. (A)... | Download Scientific Diagram

 

 

Receptor-ligand interactions: Advanced biomedical applications

Receptor-ligand interactions (RLIs) are at the base of all biological events occurring in living cells. The understanding of interactions between comp…

www.sciencedirect.com

 

 

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