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• Osmotic flow is responsible for swelling

세포막 단백질

• 수용체 (receptors)

• 효소 (enzymes)

• Transporters: pump(펌프), carrier(운반체),

ion channels(이온통로)

세포막을 통한 전달 기전

1. 용질이 막에서 용해되어 다른 쪽으로 전도되어 가는 경우. 그러나 대부분의 용질은 지질에

용해되지 않음 (지용성 물질 – Passive or downhill transport)

2. 2. Na+ 와 같은 작은 용질은 ion channel

(이온통로)를 통과함 (Passive transport – ion channel). glucose와 같은 큰 것은 촉진수송 (facilitated diffusion)을 통해 막을 통과함

3. 용질의 농도차이에 의해서 움직이는 경우 (Passive transport - carrier). 막 양쪽의 농도가 같아질 때 까지 용질이동이 일어남

4. 용질이 농도 경사에 거슬러서 일어나는 경우 (Active or uphill transport - Pump). ATP를 소비하여 역방향으로 용질을 이동시킴.

5. cotransport- 다른 용질의 농도차를 에너지로 하여

Ion channel (이온통로)

정의

Na+, K+, Cl-, Ca2+ 등 무기이온 운반 통로

 농도와 전기적 포테셜 구배에 따른 이온의 선택적 신속 확산 특징

- 고도의 이온 선택성: 특정이온만이 통과할 수 있음 - 통로의 개폐: 1/1000초 내에 개폐

- 최대 반응속도:106 ion/sec  운반단백질 보다 1000배 이상 종류

(1) 전압 감지형 통로 (voltage-gated channel: 전위차에 따른 통로개폐 (gating) (2) 리간드 감지형 통로 (ligand-gated channel): 신경전달물질 등 특이 조절분자 (3) 자극 감지형 통로 (stress-activated channel): 기계적 자극

Na-pump: Na-K ATPase

• 세포가 사용하는 에너지의 20-45%

• 3분자의 Na을 퍼내며, 2분자의 K 유입: electrogenic

• 포화현상을 보임: Km for [Na]i = 20 mM Km for [K]o = 2 mM

• 이온 분포의 유지: 막전압 발생에 가장 큰 역할을 하는 것은 이온

촉진 수송

특징:

• Saturation kinetics

• Substrate specificity

- 포도당이나 아미노산: 지방용해도로 예측한 속도보다 빠르게 세포막 통과.

- 운반체가 low resistance pathway 만듬: carrier-mediated diffusion - 농도경사에 반하여 운반하지는 못함: downhill transport.

Body Fluid Compartment

확산, Diffusion

-농도경사 (concentration gradient, dc/dx)에 의한 물질 이동.

- downhill transport : 농도차이가 없어진 상태에서 평형.

Fick의 법칙

• J = -DA(dc/dx)

J: mole/sec, Flow (

cf

. Flux: 단위시간, 단위면적당 이동한 입자수)

dc/dx: 확산이 일어나는 물질의 농도 경사 A: 확산면적

D: 확산 계수(diffusion coefficient), cm2/sec -분자 크기가 크고, 용액의 점성이 클수록 작아짐.

-1cm2의 면적을 통하여 1mole/cm3/cm의 농도 경사가 있을 때 1초 동안 확산되는 분자의 몰수.

• 확산거리: σ(t) = 2Dt -- 시간의 제곱근에 비례; 거리가 짧을수록 빠른 확산

• 생명체의 지혜: 확산을 용이하게 하기 위한 장치.

K +

K + K + K + K +

K +

K+

K+

세포막을 통한 이온의 이동: Selective permeability

K +

K + K + K + K +

K +

Cl- Cl

-Cl

-Cl -Cl

-Cl

-Cl

-Cl -Cl

-Cl

-Cl- Cl

-Q=CV

C=1µF/cm2으로 일정.

Em이 형성되는 데 필요한 전하량 Q를 계산할 수 있음.

K+

K+

Cl

-Cl

-Electrochemical Equilibrium

• Electrical potential : zFE

• Chemical potential : RT ln[X]

z: 원자가

F: Faraday constant R: gas constant T: 절대온도

Electrochemical potential for ion X

+

W

i

= RT ln [X]

i

+ zE

i

F

W

o

= RT ln[X]

o

+ zE

o

F

At equilibrium, W

i

= W

o

RT ln [X]

i

+ zE

i

F = RT ln[X]

o

+ zE

o

F E

m

= E

i

- E

o

= (RT/zF)ln [X]

o

/ [X]

i

Nernst equation

세포내외의 이온 농도

K

+

Na

+

Ca

2+

Cl

-HCO

3

-Pr

-PO

4-3

155 12

<0.0002 4

8 64 90

5 145

2 110

27 15

2 (in mM)

In Out

If membrane is selectively permeable to K

+

,

E

m

= 61 log (5/155) = 61 x (–1.493) = -91 mV If membrane is selectively permeable to Na

+

E

m

= 61 log (145/12) = 61 x 1.08 = +66 mV

실제 막전압

-60 ~ -90 mV

세포막을 통한 물의 이동: 삼투

• 물의 이동

1. lipid bilayer 통과: 속도 느림 2. Water channel

• Driving force

1. 정수압이 높은 곳에서 낮은 곳으로: filtration

2. 농도 경사: 용질 농도가 낮은 곳에서 높은 곳으로: osmosis

Semi-permeable membrane

hydrostatic osmotic

삼투압, 삼투질 농도

• Osmotic pressure : ∆π= RT ∆C : van’t Hoff 식

- concentration과 activity의 차이 교정: activity coefficient, γ - 막의 투과 정도 보정: reflection coefficient, σ

(전혀 통과 못 할 때 1; 자유통과: 0)

Effective osmotic pressure: ∆π= σ RT γ ∆C

• Osmolarity, Osm : 1 Osm

– 22.4 기압의 삼투압을 나타낼 때의 용질 농도 - 비전해질의 경우는 몰농도 = 삼투질 농도

- 전해질의 경우 해리된 이온수와 해리 안된 용질 수를 합한 농도: 해리상수가 1 이라면 1 M NaCl은 2 Osm.

- isosmotic: 동일 삼투질 농도 (hyposmotic/hyperosmotic)

• Tonicity

- isotonic (등장성); 세포 volume에 변화 없는 농도

- 삼투질 농도는 동일하더라도 (isosmotic) 용질이 세포막에 대해 투과성이 있으 면 유효 삼투압은 작아짐-- 물 이동으로 세포부피 증가– hypotonic (저장성)

모세혈관벽:

- endothelial cell(혈관내피세포)의 단층으로 구성되어 있음.

-뇌를 제외한 대부분의 조직에서는 세포사이에 간격이 있어 크기가 작은 물질의 이동이 자유로움. (뇌: tight junction으로 blood-brain barrier)

혈장내:

-분자량 70,000 이상인 혈장단백질은 모세혈관벽을 통과 못하므로 삼투압 발생

모세혈관을 통한 물질이동

혈장단백질

Starling의 가설

모세혈관에서의 용액 이동의 원동력: 정수압과 삼투압 동맥단: 정수압 > 삼투압: 여과

정맥단: 정수압 < 삼투압: 흡수

양쪽이 균형을 이룰 때, 간질액과 혈장이 일정한 volume유지됨.

관련 문서