Ch13. Membrane channel and pumps

Ch13. Membrane channel and pumps

0. Outline

1) 막을 통한 물질의 이동은 능동, 수동적.

2) 두 종류의 막단백질은 물질의 이동을 위해 ATP 가수분해를 이용.

3) Lactose Permease 2차 능동 운반체로, 다른 물질의 농도 기울기를 동력으로 사용.

4) 특정 채널은 이온을 빠르게 수송 가능.

5) 세포간 연접은 이온과 작은 분자들이 막을 통과하는데에 기여.

6) 특정 채널은 몇 세포막에 대해 물에대한 침투성을 증가시킨다.

 

Transporter : Membrane protein

1) 분자의 이동 결정 요인

- 세포막의 분자 투과도

- 이용가능한 에너지원의 유무

- 단순확산, 촉진확산, 능동수송 으로 나눈다.

2) 열역학적 결정

-

- Z : 운반물질의 전하

- dV : 외부 내부의 전압 차이.

3) 속도 결정 요인

- 수송체의 운반 속도.

- 수송체의 수.

- Driving force의 크기.

4) 수송체의 존재 확인

- 클램프를 통해 이온 채널의 존재 확인.

- 전세포, 일부만 관찰

 

2. K+ Ion Channel

1) 보존된 구조

- 4개의 반복된 Domain 존재로, 중복과 분기를 통해 다양한 이온 채널 형성.

- S1~S6의 소수성 나선구조 분절 존재.

- S1~S3 : 구멍을 여는 장치

- S4 : 구멍을 여는 장치이자, 양전하 띈 A.A가 많아, 전압 감지의 역할.

- S5,S6 : 실제 통로

- 4개의 서브유닛이 1개의 채널 구성.

2) K+ 이온 채널의 선택성

- 안으로 들어갈수록 좁아지는 모습

- K+가 통과하는 구간은 전체 길이의 1/3.

- Thr-Val-Gly-Tyr-Gly 이 선택적 필터로 작용.

- 크기가 작은 Li, Na은 탈수에 필요한 에너지가 커서 통과 불가.

- 크기가 큰 Rb, Cs은 1.5A보다 커서 불가.

3) K+ 이온채널의 에너지 의존성

- 채널 내부의 카보닐에 존재하는 산소와 물간의 상호작용으로, 에너지 보상.

- 보상되는 정도가 비슷하더라도, 벗기는데 많이 필요한 Li, Na은 통과 불가.

4) K+ 이온 채널의 작용기작

- 4개의 이온 결합 자리 존재.

- K+가 유입하며 서로의 척력으로 밀어내는 기작.

5) K+ 이온 채널의 전압의존성

- 전압에 반응하여, 전도성 높은 구조로 변화.

- S1~S4가 막쪽에서 패달로 작용하여, 구멍이 벌어지게 함. -> 필터에 대한 K+의 접근성 증가.

6) K+ 이온 채널의 비활성화 기작

- 42개의 A.A으로 형성.

- 20개는 유연한 연결. N말단의 20개는 공같은 모양 형성.

- 공이 패달에 고정되면 비활성화. 연결부위의 길이가 짧을수록 비활성화 속도가 빠르다.

 

3. 능동수송

1) 개요

- ATP 가수분해. 농도에 역행.

- ATP에 의해 2가지 입체형으로 전환.

- ASP와 Pi가 결합하는 Domain이 보존되어 있다.

2) Ca pump의 구조

- 110 Kda의 단일사슬. a-helix 막관통부위 10개.

- 7개의 O와 Ca이 배위결합. Glu, Asn, Asp의 곁사슬과 칼슘간 상호작용. 골격의 카보닐과 물이 상호작용.

- P : 인산화되는 Asp 존재.

- A : N, P 영역의 변화를 막관통 부위로 연결시키는 작동기.

- N : ATP 결합 부위

- Ca이 결합되면, N과 P는 닫히고, A는 회전한다.

- 각 P, A, N 도메인은 다른 P type 에서도 공통적으로 작용한다.

3) Ca pump의 작동 기작

- E1에 Ca이 결합하여 E1-(Ca)2 형성.

- E1-(Ca)2의 N에 ATP가 결합하여, E1-(Ca)2(ATP) 형성.

- E1-(Ca)2(ATP)의 ATP 가수분해가 일어나서, E1-P-(Ca)2(ADP) 형성. P에 인산기 부착.

- E1-P-(Ca)2(ADP)의 ADP와 Ca의 이탈로, E2-P 형성. 막관통 부위의 변화와 Ca 결합부위의 붕괴.

- E2-P에서 탈 인산화되어, E2 형성.

- 전환을 통해 E1 형태 복구.

4) P-type ATPase

- Mg 이온 필수.

- ATP의 가수분해시 발생하는 dG가 Na,K 이동시의 dG보다 음수여서, 농도 역행한 이동 가능.

- 생체 ATP의 1/3 사용.

- Digitoxigenin : 식물 추출 스테로이드. E2의 탈인산화를 억제하여, 세포내 Na 증가. Ca 밀어내기 감소로, 세포내 Ca 농도 증가. 심장의 수축력 증가로, 강심제로 사용.

 

4. ATP- Transpoter

1) 진핵의 MDR

- 70개의 상동 단백질. Asp가 보존되어서, 구조 변화와 기능 파악 가능.

- 종양세포의 내성에 대한 연구 가능. -> MDR = ATP 의존성 pump = P-Glyco Protein 모두 동의어.

- 1개의 P.P로 이루어져 있으며, 2개의 막관통 부위와, 2개의 ATP-Binding cassettte (ABC) 존재.

- ABD 존재시, ATP-Transpoter로 작용 가능.

2) 원핵의 MDR

- 16개의 상동 단백질.

- 2개 양성자. 2개 Ca. 3개 Na. 2개 금속. 5개가 단백질의 인지질 운반에 관여.(막 비대칭성)

- 2개 혹은 4개의 P.P로 이루어짐.

3) MDR의 작용기작.

- P-type과 전체적인 작용은 비슷.

- 기질과 결합하여, ABC 입체 구조 변화로, ATP 친화력 증가.

- ATP의 결합으로, 기질 결합부의 구조 변화로 기질 방출.

- ATP 가수분해로, 원래 구조로 복귀.

 

5. 이차 능동 수송체.

1) 구분

- Antipoter : 양방향 수송

- Sympoter : 동방향 수송

- Unipoter : 같은 물질을 양방향 수송.

2) Lactose permease

- Sympoter의 일종.

- 양성자와 함께 Lactose 운반.

- Transpoter와 유사하게 작용한다.

3) Na-Glucose Sympoter

- P type ATPase에 의해, Na 배출.

- 배출된 Na가 Glucose와 함께 채널 통해 유입.

 

6. Gap Juntion

1) 정의

- 접촉된 세포간의 세포막을 연결해주는 통로.

- 20 A의 크기.

- 세포간 신호전달에 중요.

2) 구조

- 4개의 a-helix 가지는 서브유닛 12개가 모여서 형성.

- 굉장히 긴시간 동안 열린 형태 유지.

- 고농도의 Ca, H 감지시, 인접세포를 비정상으로 인식하고, 구조를 닫는다.

 

7. Summary

1) 막을 가로지른 분자들의 운반은 능동적, 수동적이다.

2) 막 단백질은 이온과 분자를 운반하기 위해, ATP 가수분해를 사용한다. P Type VS ABC

3) Lactose Permease는 이차 운반체들의 원형으로. 농도기울기를 통해 얻은 에너지를, 동력으로 사용한다.

4) 특수한 통로는 막을 가로질러 이온을 빠르게 운반한다.

5) Gap juntion은 인접한 세포 사이에서 이온과 작은 분자를 흐르게 한다.