1.세포막의 물질이동 학과명 : 작업치료학과 교과명 : 생리학 교수명 : 노효련 교수님 학번 : 201023589,201023591 이름 : 권규준,김영준 제출일:2010.9.7 1.세포막의 물질이동

목차 능동이동 능동이동의종류 전해질분포 전해질확산 세포막전위의 형성 자극의 강도와 활동전위의 관계 항상성 항상성의 예 1.피드백 2.체온조절 3.삼투압조절 4.혈당량조절 체액의 구획 체액의 조성 세포막의 구조 세포간연접 수동이동 수동이동의 종류 1.단순확산 2.촉진확산 3.통로확산 4.삼투압과 삼투 능동이동 능동이동의종류 1. 1차능동이동 2. 2차능동이동 3. 내포작용 4. 외포작용 전해질분포 전해질확산 세포막전위의 형성 1.활동전위의 형성 2.탈분극 3.활동전위의 발생 4.재분극 5.과분극 자극의 강도와 활동전위의 관계

항상성 외환경이 밤과 낮, 계절, 지리적 조건 등에 따라 수시로 변화함에도 불구하고 내환경을 일정하게 유지해야 세포가 정상적으로 성장하고 분화할 수 있으며 적절한 기능을 수행할 수 있다. 내환경을 항상 일정하게 유지하는 것을 항상성이라고 한다.

항상성의 예 1. 피드백 -양성되먹임 조절(결과가 원인을 촉진) 예) 혈관이 다치게 되면 혈소판이 그 자리에 붙어 메꾸게 되는데 혈소판이 붙으면서 그것에 의해 분비된 물질이 더 많은 혈소판을 모아 딱지를 형성하게된다. 예2) 진통은 더 많은 옥시토신이 분비되게 하여 계속 자궁을 수축시켜 아이를 출산할 수 있도록 돕는다. -음성되먹임 조절(결과가 원인을 억제) 음성되먹임이란 내환경의 조건이 변화하면 변화의 반대방향으로 작용하여 내환경의 변화를 최소화시켜 주는 기전이다. 음성되먹임의 예로는 갑상선 호르몬인 티록신의 피드백 조절이 대표적이다.

항상성의 예 2. 체온 조절 -사람의 효소가 잘 활동하는 이상적인 온도는 약 37도에서 가장 활동하기 쉽기 때문에, 이 온도에 체온을 유지하려고 한다. 이것보다 체온이 높은 경우는 땀흘림, 피부 혈관의 확장으로 체온을 내리려고 하며, 체온이 낮은 경우는 떨림 이나 떨리지않고 열생산(대사의 항진에 의한 발열)에 의해서 체온을 올리려고 한다. 3. 삼투압조절 - 땀을 많이 흘리게 되면 체내 수분이 부족해지게 된다. 수분부족은 혈장 삼투압의 증가를 유발하게 된다. 그래서 사람은 혈장 삼투압이 증가하게 되면 뇌하수체 후엽에서 ADH(항이뇨호르몬)의 분비가 촉진되어 오줌의 양이 감소하게 된다. 4. 혈당조절 1) -혈당이 높아지면 : 간뇌 시상하부의 명령에 따라 이자에서 인슐린이 분비되어 혈중의 포도당을 글리코겐으로 전환시켜 간에 저장함으로써 혈당이 낮아지게 된다. -혈당이 낮아지면 : 간뇌 시상하부의 명령에 따라 이자에서 글루카곤이 분비되어 간에 저장된 글리코겐을 포도당으로 전환시켜 혈당이 높아지게 된다. 2) -뇌하수체 전엽에서 분비된 ACTH(부신피질자극 호르몬)이 부신피질을 자극하면 부신피질에서 당질코르티코이드가 분비되어 조직내의 단백질과 지방을 포도당으로 전환시키는 작용을 하게되어 혈당이 높아지게 된다.

체액의 구획 체내의 물의 양은 체중의 약 60%이다. 세포막을 경계로 세포안쪽에 40%, 세포바깥쪽에 20%가 분포한다. 세포안쪽의 체액을 세포내액 , 세포바깥쪽의 체액을 세포외액 이라 한다. 세포외액은 세포 사이에 존재하는 간질약과 혈관 내에 존재하는 혈장으로 구분되며 혈장과 간질액은 모세혈관벽을 경계로 나누어져 있다. 간질액은 체중의 15% 혈장은 5%이다. 혈액은 8%이다.

체액의 조성 세포막을 구성하는 지방이중막은 물에 녹는 용질들에 대해 투과성이 매우 적어 세포안과 밖의 용질들이 자유롭게 이동하는 것을 억제하여 세포내액과 세포외액의 조성이 다르게 유지되도록 한다. 세포막의 Na+펌프는 세포 안의 Na+를 밖으로 퍼내어 세포내액의 Na+ 농도를 낮게 유지하면서 K+는 세포안으로 퍼트려 세포내액의 K+농도를 높게 유지한다. 세포막의 Ca2+펌프는 세포 안의 Ca2+를 밖으로 퍼내어 세포내액의 Ca2+농도가 세포외액에 비해 10000배 정도 낮게 유지되게 한다.

세포막의 구조 지방이중막과 단백질 - 세포막은 단순히 세포안팎을 구분하는 장벽의 역할뿐 아니라, 인접한 세포간은 물론이고 세포외액과 세포내액간에 필요한 물질을 이동시켜 줌으로써 생명의 기본현상을 영위하게 해준다. 이중으로 된 지방층은, 극성인 머리와 비극성인 꼬리가 있는 인지질의 2층으로 되어 있다고 주장하였다. 현재는 세포막의 구조적, 기능적 특징을 유동성모자이크 모델에 근거하여 설명하고 있다. 이 모델에 의하면, 두 겹의 인지질층은 유체상태를 유지하고, 그 사이사이에 비연속적인 구형 단백질이 세포막 표면을 비교적 자유롭게 움직이면서 분포되어 있는데, 이들 구형 단백질은 호르몬, 신경전달물질, 항원-항체 반응 및 약물의 수용기로 작용한다. 또한 세포막을 관통하는 단백질은 분자의 양끝이 모두 수용성이므로 수용성 물질의 통로로 사용된다.

세포간 연접 세포막은 인접한 세포와 세포, 그리고 세포외액과 세포내액간의 물질이동이 원활하게 이루어질 수 있는 구조적 특징을 갖고 있으며, 이러한 물질이동이 생명활동의 근간이 된다.

수동이동 수동 이동은 에너지를 사용하지 않고 물질을 이동시키는 방법이다. 특징은 이동하고자 하는 물질이 고농도인 쪽에서 저농도인 쪽으로 이동한다는 것이다.

수동이동의 종류 1. 단순확산 세포막의 지질층을 통해 일어나는 확산을 단순확산이라고 한다. 지질층을 잘 통과하는 물질은 지방산이나 산소. 이산화탄소 등으로 지방에 잘 녹고 물과 친화성이 적다는 특징이 있다. 이러한 물질들은 세포막을 기준으로 하여 농도가 큰 쪽에서 작은 쪽으로, 세포막 지질층을 통과 하면서 이동(확산)하게 된다.

수동이동의 종류 2. 촉진확산 포도당, 아미노산 등과 같이 지방에 잘 녹지 않고 물에 잘 녹는 특성을 갖는 물질들은 지방이중막을 통한 단순확산 속도가 매우 느리다. 그러나 세포막에는 운반단백질이 존재하여 수용성물질들의 빠른 확산을 가능케 한다. 이러한 운반체에 의한 수용성물질들의 수동 운반을 촉진 확산이라고 한다.

수동이동의 종류 3. 통로확산 포도당과 같이 비교적 분자량이 큰 물질들을 이동시키는 운반 단백질을 운반체라고 부르는 반면, 이온과 같은 작은 물질을 이동시킬 때 사용되는 운반단백질은 통로라고 한다. 둘 다 수동이동이지만 차이점은 통로는 무기이온들이나 물을 이동시키는 반면, 운반체는 이들보다 큰 물질인 포도당 등을 이동시킨다는 점이다.

수동이동의 종류 4. 삼투압과 삼투 막이 용매인 물에만 투과성을 갖는다면 물은 세포막을 사이에 두고 양쪽의 물 분압을 일치시키는 방향으로 이동할 것이다. 즉, 물의 분압이 높은 쪽에서 낮은 쪽으로 이동하게 되는데 이것을 삼투라고 한다.  ▪ 일종의 확산 작용이다.     (확산의 경우 물질의 이동이고 삼투압은 용매(물 분자)의 이동이다)  ▪ 반투막은 용매는 투과하고 용질은 불투과 한다.  ▪ 물 분자가 용액의 농도가 묽은 곳에서 진한 곳으로 이동 - 물의 농도 경사에    따라 물 분자가 확산 하는 현상  ▪ 세포 부피의 변화   ㉠ 인체 세포는 수백 가지의 용질이 녹아 총 0.3osm이다.   ㉡ 적혈구 세포를 0.3osm Nacl용액 속에서 등장액 현상     (사람의 적혈구 내부 농도가 0.3osm 인데 이 적혈구를 0.3osm NaCl 용액 속에 넣으면      적혈구는 수축하거나 팽창하지 않는다)   ㉢ 0.4 용액에서 세포 왜소 - 고장액     (사람의 적혈구를 농도가 좀 더 진한 0.4osm NaCl 용액속에 넣으면 삼투에      의해서 물이 세포로부터 빠져 나가 세포는 줄어들게 된다)   ㉣ 0.2 용액에서 세포 팽대 - 저장액     (사람의 적혈구를 농도가 묽은 0.osm NaCl 용액속에 넣으면 세포 속으로 물이      들어가 세포가 팽창한다.)

능동이동 물질이 농도 또는 압력이 낮은 곳에서 높은 곳으로 이동하는 현상을 능동이동이라 한다. 이것은 외부에서 에너지의 공급이 있어야 가능하다.

능동이동의 종류 1. 1차능동이동 농도가 낮은 곳에서 높은 곳으로 물질을 운반하기 위해서는 외부에서 에너지 공급이 필요하며 에너지형태는 ATP이다. 대표적인 1차능동이동단백질에는 Na+펌프가 있다.

능동이동의 종류 2. 2차능동이동 2차능동이동은 1차능동이동과는 달리 ATP를 직접 에너지로 사용하지 않고 Na+펌프에 의해서 형성된 세포안팎의 Na+ 농도경사를 이용하여 특정 물질을 농도가 낮은 곳에서 높은 곳으로 운반한다.

능동이동의 종류 3. 거대분자의 이동_내포작용 내포작용은 물질을 밖에서 안으로 삽입하는 과정입니다. 세균 정도의 큰 물질을 먹는 건 식세포작용(phagocytosis)으로,   분자 단위의 작은 물질을 먹는 건 음세포작용(pinocytosis)로 분류합니다. 중성 백혈구,대식세포가 세균을 잡아먹는 작용은 식세포작용입니다.

능동이동의 종류 4. 외포작용 - 소낭 형태로 안에서 나와 세포막과 결합하여 방출하는 물질 이동입니다.

전해질 분포 세포막은 지방이중막으로 수용성 물질의 이동이 자유롭지 못해 세포막을 경계로 세포안과 밖의 이온분포가 매우 다르다. Na+의 경우 세포밖 농도는 약 145mM로 세포 안 농도보다 약 14~15배 가량 높아 세포 밖에서 세포 안으로 농도경사가 형성되어 있다. 반면에 K+는 세포안 농도가 150mM로 세포 밖 농도보다 30배 가량 높아 세포 안에서 세포 밖으로 농도 경사가 형성되어 있다.

전해질 확산 전해질은 지방에 잘 녹지 않을 뿐더러 수용액에서는 양이온과 음이온으로 해리되어 물과 결합한 형태로 존재하기 때문에 크기가 매우 크다. 따라서 지방이중막을 통한 단순확산은 매우 적고 운반체나 이온통로를 통한 촉진확산에 의해 주로 이동한다. 전해질 확산의 원동력은 비전해질과는 달리 농도의 영향뿐만 아니라 양이온과 음이온이 서로 끌어당기는 전기적 힘의 영향도 함께 받는다.

세포막전위의 형성 세포 안의 양이온인 K+, Na+, Mg2+ 등의 농도 합은 음이온인 인산, 단백질, cl-등의 농도 합과 같아 안정된 상태가 유지된다. 이를 전기적 중성의 법칙이라 하는데 세포밖에서도 같은 법칙이 적용된다. 즉 세포 밖의 양이온인 Na+, K+, Ca2+등의 합은 음이온인 cl-, HCO3-등의 합과 같다. 이러한 상황에서 세포막이 K+에만 선택적 투과성을 갖는다면 K+는 농도가 높은 세포안에서 농도가 낮은 세포 밖으로 확산하려 한다. 그러나 세포 안에서 K+와 함께 존재하며 전기적 중성을 유지하고 있던 음이온들은 세포막 투과성이 낮아 세포 밖으로 확산하지 못하고 양이온인 K+의 확산을 방해한다. 따라서 K+는 농도차에 의해서 세포 안에서 밖으로 확산하려는 힘과 이를 방해하는 음이온의 전기적인 힘이 균형을 이룰 때까지만 세포 안에서 세포 밖으로 확산한다.

활동전위의 형성 신경세포에서 자극의 전도는 전기화학적인 방법에 의해 일어나게 된다. 전기적인 방법은 이온의 이동에 의해 발생한다. 축색돌기에는 이러한 이온들이 이동할 수 있는 통로들이 존재한다.

활동전위의 형성

활동전위의 형성 탈분극 : 뉴런이 자극을 받으면 나트륨-칼륨 펌프가 정지되고 전위가 역전되어 뉴런의 밖은 음전하(-), 안쪽은 양전하(+)를 띠게 된다 (약 30~35mV) 활동전위의 발생 : Na+에 대한 축색의 투과성이 갑자기 증가하기 때문에 일어나게 된다. Na+의 통로가 열리게 되면서 세포밖의 Na+ 이온이 세포 안으로 갑자기 쏟아져 들어가면 세포막을 평형을 잃게 되고 막전위가 약 -70mV에서 +30mV로 증가하게 되어 막이 탈분극 상태가 된다. 재분극 : +30~35mV까지 올라가게 되면, Na+의 통로는 닫히게 되고, K+의 통로가 열리기 시작하면서 세포안의 K+이 세포 밖으로 확산되어 나가게 된다. 그 결과 세포안쪽은 다시 음전하를 띠게 된다. 과분극 : 재분극이 심하게 일어나면 휴지전위 때 세포막 안쪽에 음전하가 안정수치 이하로 떨어지게 되는 상태

자극의 강도와 활동전위의 관계 신경세포에 역치이상의 자극이 지속적으로 가해지면 활동전위가 반복되며 자극의 강도가 크면 클수록 활동전위의 발생빈도는 증가한다. 이는 강한 자극을 가하면 상대불응기 동안에 활동전위가 발생하기 때문이다. 피부에 아픈 자극을 가하면 통증감각세포에서 활동전위가 발생하고 자극을 강하게 하면 활동전위의 발생빈도가 증가한다. 이와 같이 신경계에서는 자극의 강한 정도를 활동전위의 발생빈도로 전화하여 정보를 전달한다.

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