• 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
iF
W
o= RT ln[X]
o+ zE
oF
At equilibrium, W
i= W
oRT ln [X]
i+ zE
iF = RT ln[X]
o+ zE
oF E
m= E
i- E
o= (RT/zF)ln [X]
o/ [X]
iNernst equation
세포내외의 이온 농도
K
+Na
+Ca
2+Cl
-HCO
3-Pr
-PO
4-3155 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