Na-K 펌프 이야기: 어쩌다 들은 이 용어가 엄청난 호기심을 불러왔다

이전에 올린 한국인의 나트륨 섭취 관련 글을 홍보(?)하려다가 중요한 용어를 하나 듣게 되었다. 이름하여 'Na-K 펌프'다. 아마도 여기서 Na는 나트륨 혹은 소듐일 것이고 K는 칼륨 혹은 포타슘일 것 같다. 미국식 표현이 들어가니 왠지 길어서 짜증나는 건 나 뿐인가?

어쨌거나 뭔가 굉장히 신선하면서도 흥미진진해 보이는 소재라서 이 'Na-K 펌프'에 대해 간단히라도 조사해 봤다.

Na-K 펌프가 무엇일까?

위키백과에서는 'Na-K 펌프'를 이렇게 정리하고 있었다

나트륨-칼륨-ATP가수분해효소 펌프, 다른 말로 나트륨-칼륨 펌프는 세포막에 존재하는 막 단백질로서 아데노신 삼인산(ATP)을 가수분해하는 효소의 기능을 가지고 있다.

그나마 이게 어렵고 복잡해 보이는 특수(?) 문자를 제거하고 평이하게 정리한 표현이다. 그러니까 이해가 되... 음... 그러니까 세포막에 존재하는 단백질인데 ATP를 분해해서 뭔가(?)를 한다 이런 의미로 이해하면 되는 걸까? 뭔가 글자 그대로인 것 같기도 한데 맞나?

... 뭔 소리야 도대체?

그래서 이게 도대체 뭔 소리일까?

위키백과에서 조금 더 살펴보면 이런 내용도 찾을 수 있다.

하나의 ATP를 분해할 때 나오는 에너지를 이용(능동 수송)하여 3개의 나트륨을 세포밖으로 2개의 칼륨을 세포안으로 이동시킨다.

여기 정말 중요한 문구가 있었다. 바로 ATP를 분해할 때 나오는 에너지, 즉 ATP를 에너지원으로 쓴다는 말이다. 이로써 조금 더 이해가 될 것 같다.

나트륨-칼륨(소듐-포타슘) 펌프를 이용한 이온의 흐름 (Wikipedia)

다시 정리해 보자. 그러니까 세포막에 있는 어떤 단백질이 ATP를 에너지로 이용해서 세포 안의 나트륨 3개를 꺼내서 세포 밖으로 던지고 대신 밖의 칼륨 2개를 세포 안으로 잡아 당기는 그런 역할을 하는 게 바로 나트륨-칼륨 펌프라는 의미인 것 같다.

이제 남은 하나의 미묘한 의미만 해석이 되면 그래도 왠만큼 이해한 것이 될 것 같다.

능동 수송?

세포에는 세포를 보호하기 위한 세포막이 있다. 그런데 이 세포막은 물질이 이동할 수 있게 되어있다. 뭔가 모순적인 것 같지만 그렇게 만들어져 있다.

세포막을 통해 물질이 이동하는 방식은 크게 두 가지로 정의할 수 있는 듯하다. 이 중 하나가 수동 수송(passive transport)이고 나머지 하나가 위에서 언급된 능동 수송(active transport)이다.

수동 수송은 별도의 에너지 소비 없이 세포막을 통해 물질이 이동하는 방식으로 대표적으로 농도 차이를 이용한, 즉 삼투압 효과를 이용한 물질 이동을 예로 들 수 있다. 이 경우 고농도에서 저농도로 물질이 이동하는 매우 자연스러운 현상이 발생한다.

반면 능동 수송은 수동 수송과는 다르게 세포막 물질 이동에 에너지를 소비하는 경우다. 즉 나트륨-칼륨 펌프가 바로 이 능동 수송의 핵심 역할을 하게 된다.

그런데 능동 수송의 큰 특징이 있는데 수동 수송과는 반대로 고농도에서 저농도로 물질이 이동하는 형태로 동작한다는 점이다. 이런 동작은 자연스러운 현상이 아니며 그래서 별도의 에너지원이 필요하다고 볼 수 있다.

결론적으로 나트륨-칼륨 펌프가 하는 일은 자연스럽게는 빠져나가지 않을 세포 안의 나트륨을 밖으로 끄집어내는 것이다. 그래서 이 자연스럽지 않은 일을 하기 위해 에너지를 동원하고 빈자리를 채울 칼륨을 투입해서 세포 안의 나트륨을 밖으로 강제로 끄집어내는 일을 일으킨다. 뭐... 이런 느낌으로 이해할 수 있을 것 같다.

다시 정리해 보자

그러니까 나트륨-칼륨 펌프(Na-K 펌프) 혹은 소듐-포타슘 펌프는 이렇게 정리하면 될 것 같다.

Na-K 펌프는 동물의 세포막에 존재하는 막 단백질이자 효소로써 ATP를 에너지로 사용해 칼륨 2개를 세포에 흡수하고 대신 세포 안의 나트륨 3개를 배출하는 기능을 한다.

즉 나트륨-칼륨 펌프는 동물의 삼투압의 압력을 안정적으로 조절하기 위한 세포의 특수한 장치인 것 같다. 만약 이 펌프가 없었다면 모든 동물은 나트륨을 조금만 많이 섭취해도 세포가 터져서 생존할 수가 없었을 것 같다.

참고로 나트륨-칼륨 펌프는 동물에게만 존재하고 식물에게는 다르면서도 비슷한 역할의 '수소 이온 펌프'가 존재한다고 한다.

현실적인 결론

결국 이 글의 조사 대상은 나트륨과 칼륨의 관계를 검증하기 위함이라고 볼 수 있다. 그리고 그 결과 아래의 내용을 마지막으로 정리할 수 있을 것 같다.

나트륨 과다 섭취가 걱정되면 칼륨을 꾸준히 섭취하자.

뭐... 덕분에 상식을 조금 더 깊이 확인했다고 칠 수 있을 것 같다.

그런데 칼륨도 너무 많이 먹으면 몸에 안 좋다. 고칼륨혈증이라는 증상이 있는데 이는 혈중 칼륨 농도가 높아서 다양한 악영향을 일으키는 증상이다. 역시나 이쪽 세계에는 여전히 적당함의 저주가 만연해 있다.