인천국제공항은 세계에서 편리하기로 손꼽힌다. 휴식을 즐기기 위해 외국으로 떠나는 사람들에게 공항은 그저 비행기를 타는 곳이다. 입출국을 할 때 아무도 제지하지 않는다. 그런데 여행 목적이 명품 쇼핑이나 밀수일 경우에는 다르다. 생명체에서도 마찬가지이다.

물은 농도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 막을 통과해 이동한다. 물 분자는 워낙 작아 세포막을 이루는 기본 성분인 인지질 사이를 쉽게 통과할 수 있다. 사실 막을 통과하는 데에는 물보다 더 큰 산소, 이산화탄소, 메탄 등이 더 유리하다. 산소와 이산화탄소 등은 물에 잘 녹지 않는 소수성 분자들로 대부분 소수성 부위로 구성된 세포막을 아무런 방해 없이 통과한다. 그래서 호흡에 필요한 산소와 호흡 결과 생긴 이산화탄소는 우리 세포 안팎으로 자유롭게 이동할 수 있다.

반면 친수성 물질들은 인지질 막을 쉽게 통과하지 못한다. 포도당은 우리 세포에 매우 필요한 영양소이지만 물에 잘 녹는 친수성 분자여서 세포막을 통과하기 어렵다. 세포가 필요로 하는 많은 이온들도 당연히 친수성이라 세포막을 통과하지 못한다. 그런데 통과할 수 있다. 어떻게 이런 모순된 말이 있을까. 세포막에는 친수성 분자나 이온들이 통과할 수 있는 수송단백질이 있어서 세포들은 이들을 이동시킬 수 있다. 이렇듯 소수성이든 친수성이든 삼투 현상으로 농도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 물질을 수송하는 것들에는 에너지가 투입되지 않는다. 그래서 이를 수동수송이라 한다.

그런데 우리의 몸은 수동수송으로만 필요한 분자들을 얻을 수 없다. 농도에 역행해야만 하고 그래서 에너지를 투입하면서 수송해야 하는 분자와 이온들이 있다.과식을 하거나 피자, 치킨처럼 기름기가 많은 음식을 먹거나 카페인에 민감한 사람들의 경우는 커피를 마시면 어김없이 속쓰림을 경험하게 된다. 위벽 세포가 자극을 받아 위산을 과다 분비하기 때문이다. 위벽 세포의 입장에서 보면 세포 밖(위)은 이미 위산의 농도가 세포 안(위벽 세포 내부)보다 더 높음에도 불구하고 세포막을 통해 에너지를 투입하면서 위산을 위벽 세포 밖으로 분비하는 것이다.

이런 수송이 능동수송이다. 이때 사용하는 에너지는 생물 수업시간에 들어봤던 ATP이다. 우리 세포막에는 많은 나트륨-칼륨 펌프가 있는데 이 펌프 역시 ATP를 소모하면서 나트륨과 칼륨을 수송한다. 만약 이 펌프 기능이 잘못되면 고혈압, 심장 질환, 알츠하이머나 조울증 같은 신경 질환, 신장 기능 손상, 당뇨 등 대사 질환이 발생할 수 있다. 능동수송의 예는 다른 생물에서도 많이 볼 수 있다. 식물은 키가 자랄 때 세포의 수가 증가하는 것이 아니라 세포 자체가 커지는 경우가 있는데 이때도 수소이온을 농도가 더 높은 세포 밖으로 수송하는 과정을 필요로 한다.

이렇게 세포들은 대상에 따라 인지질 막을 통해나 수송단백질을 이용해 수동수송, 능동수송을 이용하는 등 다양한 방법으로 외부 환경에 따라 수송을 수행한다. 이러한 수송들은 세포막이 생물의 생존에 필요하게끔 진화한 결과물로 물질들의 출입을 정확하고 효과적으로 조절한다. 예전에 비해 편리해진 것이 공항뿐이 아니다. KTX 역도 참 편해졌다. 그런데 공교롭게도 이들 모두 수송을 담당하는 곳이다. 혹시 세포막을 벤치마킹해서 얻은 결과는 아닐까 하는 생각이 문득 들었다.