① 물질이동

Ch1 Functional organization of the human body and control
of the internal environment
Ch 4 Transport of substances through the cell membrane
물질이동
경북대학교 의학전문대학원
생리학교실 홍 장 원

Ch1 Functional organization of the human body and control
of the internal environment

1. Cells as the living unit of the body
2. Extracellular fluid - “the internal environment”
3. Homeostatic mechanism of the major functional systems
① Homeostasis
② Extracellular fluid transport and mixing system - the blood circulatory system
③ Origins of nutrients in the extracellular fluid
④ Removal of metabolic end products
⑤ Regulation of body functions
⑥ Reproduction
4. Control system of the body
① Example of control mechanism - CO2 regulation, arterial pressure
② Normal ranges and physical characteristics of important extracellular fluid
constituents
③ Characteristics of control system
ⓐ Negative feedback nature of most control system
ⓑ Positive feedback can sometimes cause vicious cycles and death
ⓒ Positive feedback can sometimes be useful
Ch1 Functional organization of the human body and control of the internal
environment

1. Cells as the living units of the body
• 세포는 우리 몸의 basic living unit
• 각각의 장기는 여러 다른 세포들의 집합
• 각각의 세포는 특정한 역할을 하도록 진화되었다.
- e.g., red blood cells; transport oxygen from the lungs to the tissue
• 많은 세포들이 서로 다른 모양과 기능을 지니지만, 기본적인 특성을 가진다
- O2 + carbohydrate, fat, protein → Energy
- nutrient를 energy로 바꾸는 기본적인 기작은 모든 세포에서 동일하고, chemical
reaction의 end product를 surrounding tissue로 보낸다.
- 또한 대부분의 세포는 같은 종류의 세포로 reproduce할 수 있는 기능을 지닌다.

2. Extracellular fluid - the “internal environment”
• 우리 몸의 60% 정도는 fluid로 이루어져 있다. 이러한 fluid는 ion과 여러 물질들의 water
solution으로 이루어져 있다.
• 2/3의 fluid는 세포 내에 존재한다; intracellular fluid
• 1/3의 fluid는 세포 밖에 존재한다; extracellular fluid
• Extracellular fluid는 circulating blood에서 transport되고, capillary wall에서
diffusion에 의해 tissue fluid와 blood간의 교환이 일어난다.
• 세포가 살아가기 위해서는 ion과 nutrient가 필요하고 이를 이동시키는 역할을 한다.
• extracellular fluid = internal environment of the body
25%
50%
75%
100%
67%
26%
7%
1%
Intracellularfluidextracellularfluid
interstitial
fluid
Intravascular
fluid (plasma)
Cerebrospinal fluid

• Difference between extracellular and intracellular fluid
• extracellular fluid - large amount of sodium, chloride, bicarbonate ions,
nutrients (oxygen, glucose, fatty acid, amino acid), CO2
• intracellular fluid - large amount of potassium, magnesium, and phosphate
ions, proteins
2. Extracellular fluid - the “internal environment”

① Homeostasis
•Internal environment를 일정하게 유지시켜주는 일련
의 과정
• Lung은 extracellular fluid에 oxygen을 제공해주
어 세포에서 사용한 oxygen을 보충시켜준다.
• Kidney는 ion concentration을 일정하게 유지시켜
주고, waste를 처리하는 역할을 한다.
• Gastrointestinal system은 nutrients을 제공한다.

② Extracellular fluid transport and mixing system - the
blood circulatory system
• Extracellular fluid는 다음의 두 단계를 거쳐서 우리
몸의 모든 곳으로 이동한다.
• Blood vessel을 통한 온 몸으로의 이동
• Tissue cell 사이의 intercellular space와 blood
capillary 사이에서의 fluid의 이동

② Extracellular fluid transport and mixing system - the
blood circulatory system
• Blood가 capillary를 이동하면서, blood의 plasma
portion과 intercellular space의 interstitial fluid 간
의 extracellular fluid의 continual exchange가 일어
난다.
→ 많은 양의 fluid와 dissolved constituent가 blood와
tissue space에서 서로 diffuse 한다.

③ Origin of nutrients in the extracellular fluid
ⓐ Respiratory system
• RBC가 alveoli에서 oxygen을 pick up → alveolar membrane (the membrane
between alveoli and lumen of pulmonary capillary, 0.4-2 μm thick) →
oxygen diffuse
ⓑ Gastrointestinal tract
• dissolved nutrients (carbohydrates, fatty acids, amino acids) absorbed from
ingested food → extracellular fluid of blood
ⓒ Liver and other organs that perform primarily metabolic functions
• GI에서 흡수된 substance 모두가 그래도 세포에서 사용되지 않는다.
• Liver는 많은 substance의 화학적 조성을 변화시켜서 사용가능한 형태로 만든 후 필
요할 때 까지 보관한다.
ⓓ Musculoskeletal system
• 근육이 없이, 개체는 nutrition에 필요한 음식물 등에 필요한 시간에 필요한 장소로
이동할 수 없다.
• 또한 adverse surrounding에 대한 보호를 위한 움직임을 제공한다.

④ Removal of metabolic end products
ⓐ Removal of carbon dioxide by the lung
•carbon dioxide is released from blood into the lung alveoli
ⓑ Kidney
• removes substances that are not needed by the cells
• different end products of cellular metabolism (such as urea, uric acid,
excesses of ions, water)
• filtering large quantities of plasma (glomeruli into tubules) → reabsorb into
the blood (glucose, amino acids, appropriate amounts of water, many ions)

ⓐ Nervous system
• sensory input portion, integrative portion (central nervous system), motor
output portion
• Sensory receptors detects the state of the body or surroundings
• CNS; brain + spinal cord, store information, generate thoughts, create
ambition, determine reactions
• Autonomic system; operates subconscious level and control many functions
of the internal organs (pumping activity by the heart, movements of GI
tract, secretion by many of the body’s gland)

ⓑ Hormonal system of regulation
• Hormones; endocrine glands secrete chemical substances
• 호르몬은 ECF에서 transport되어서 온 몸으로 이동하며, cellular function을 조절
한다.
•thyroid hormone - increase rates of most chemical reactions
•insulin - control glucose metabolism
•adrenocortical hormones control sodium, potassium ions, and protein
metabolism
•parathyroid hormone - bone calcium and phosphate

⑥ Reproduction
• maintain homeostasis by generating new beings to take the place of those
that are dying
• permissive usage of term homeostasis

① Examples of control system
ⓐ Regulation of oxygen and carbon dioxide concentrations in the extracellular
fluid
•Oxygen transport
• Blood가 lung을 이동하면서 Hemoglobin과 oxygen이 combine한다.
• Hemoglobin은 oxygen에 대한 high affinity를 가지고 있어서, 조직내의 capillary
를 통과하면서, 산소가 많은 부위에서는 oxygen을 release하지 않는다. 하지만 조직
내의 oxygen concentration이 낮은 경우 hemoglobin이 oxygen을 release한다;
oxygen-buffering function of hemoglobin
•carbon dioxide concentration in the extracellular fluid
• CO2는 세포의 oxidative reaction의 주요한 end product이다.
• CO2가 tissue fluid에 accumulate → CO2의 mass action에 의해 세포의 energy-
giving reaction의 중단
• Blood에서 정상보다 높은 CO2 농도는 respiration center를 excite → breathe
rapidly and deeper → CO2 expiration을 증가, blood와 tissue fluid에서 CO2 를
제거한다.

ⓐ Regulation of oxygen and carbon dioxide concentrations in the extracellular
fluid
4O2
Hb
Hb·4O2
CO2CO2
+ H2O
diffusion
diffusion
H2O3HCO3
-
H+
Hb·H
4O2
diffusion
O2
PlasmaLung

ⓑ Regulation of arterial blood pressure
• Baroreceptor system
•Carotid artery의 bifurcation region의 wall
•Arch of the aorta in the thorax
• ↑ arterial pressure → baroreceptor stimulation by stretch of arterial wall →
inhibit vasomotor center → sympathetic nervous system to heart and blood
vessel ↓ → diminished pumping activity by the heart, dilation of peripheral
blood vessel → ↓ arterial blood pressure
• ↓ arterial pressure → baroreceptor relaxation → activate vasomotor center →
sympathetic nervous system ↑ → increase heart pumping → ↑arterial pressure

ⓑ Regulation of arterial blood pressure

② Normal ranges and physical characteristics of important extracellular fluid
constituents (table 1-1)
•일정 수준의 limit를 벗어나는 경우 죽음에 이르를 수 있다.
•BT > 7 ℃ above normal → lead to a vicious cycle of increasing cellular metabolism
that destroy cells
•narrow range of normal pH (7.4 ± 0.5)
•K+ concentration
•< 1/3 less than normal → paralyzed (nerve’s inability to carry signals)
•> 2-3 times than normal → heart muscle severely depressed
•Ca2+ concentration: <1/2 → tetanic contraction of muscle  
(spontaneous generation of excess nerve impulses in the peripheral nerve)
•Glucose: <1/2 → extreme mental irritability (sometimes convulsion)

ⓐ Negative feedback nature of most control system
•Carbon dioxide concentration control
•high concentration of CO2 in the extracellular fluid → increase pulmonary
ventilation → decrease CO2 in extracellular fluid
; high concentration of CO2 initiates events that decrease the
concentration toward normal, which is negative to the initiating
stimulus
•low CO2 → feedback to increase concentration; this response also is
negative to the initiating stimulus
•만일 어떠한 factor가 너무 excessive하거나 deficit하게 되면 → control system
initiates negative feedback, which consists of a series of changes that return
the factor toward a certain mean value, thus maintaining homeostasis.

ⓑ Positive feedback can sometimes cause vicious cycles and death
•Figure 1-3
•Heart of healthy human beings pumps about 5 liters of blood per minutes
•suddenly bled 2 liters → arterial blood pressure falls, flow of blood to the
heart muscle through the coronary vessels diminishes → weakening of
heart ; the cycle repeats itself again and again until death occurs
•initiating stimulus causes more of the same, which is positive feedback
•known as vicious cycle

ⓒ Positive feedback can sometimes be useful
•Nerve signals
•when the membrane of a nerve fiber is simulated → slight leakage of
sodium ion through sodium channels to the fiber’s interior → sodium ion
entering fiber then change membrane potential → cause more opening
of sodium channels, more changes of potential → more opening of
channel
•Blood clotting
•blood vessel is ruptured → clot begins to form → multiple enzymes
(clotting factors) are activated within the clot itself → some of these
enzymes act on other unactivated enzymes → causing more blood clot
•This process continues until the hole in the vessel is plugged and bleeding
no longer occurs

Stem cell - Organoids
Intestinal cells (enterocytes) are continuously
exposed to external environments; continuous
exposure to noxious stress (e.g. bacteria,
toxins in food) → 이에 따라서 enterocyte는 계속
해서 죽어나가고 이를 보충해줘야 한다
(homeostasis의 유지) → 계속되는 enterocyte를
보충해주는 세포? stem cell?

Stem cell - Organoids
→ Stem cell만 isolation해서 in
vitro에서 키우면 organ 처럼 자랄 수
있을까?

Ch 4 Transport of substances through the cell membrane

Extracellular fluid와 Intracellular fluid의 구성 성분
- Extracellular fluid (세포외액)
- 많은 Na+, 적은 K+, 많은 Cl-, 적은 protein/phosphate
- Intracellular fluid (세포내액)
- 적은 Na+, 많은 K+, 적은 Cl-, 많은 protein/phosphate
→ 이러한 세포내/외액간의 물질 구성은 세포가 정상적으로  
작동하는데 중요
1. Introduction

2.Lipidbarrierofthecellmembrane,andcellmembranetransportprotein
- 세포막의 구성은 lipid bilayer로 되어 있다.
- lipid layer에 많은 수의 protein이 뚫고 지나가는 형태
- lipid layer는 extracellular/intracellular fluid의 이동을 막는 역할을 하며, lipid-soluble한 일
부 물질들만이 자유롭게 diffuse할 수 있다.
- Penetrating protein은 transport protein, channel protein, carrier protein 등으로 구성
- protein의 conformational change가 각각의 물질의 이동을 
가능하게 한다.

① “Diffusion” versus “Active” transport
- lipid bilayer/protein을 통한 물질 이동의 가장 중요한 두 가지 방식
- Diffusion; random molecular movement of substances molecule by molecule
- Active transport; carrier protein에 의한 energy gradient에 역행하는 물질이동 (예를 들
어 low-concentration에서 high-concentration으로의 물질의 이동)
② Diffusion
- 모든 molecule과 ion은 constant motion. 각각의 particle의 separate way로 이동
- 이동중인 A molecule이 정지중인 B molecule에 다가가면 핵력 (nuclear force)가 B를 밀
어내면서 운동에너지가 A에서 B로 이동 → B가 운동에너지를 획득하고, A는 운동에너지를
잃어서 점진적으로 멈추게 된다.
- 이 과정에 random하게 일어나는 것이 diffusion의 기본 원리

② Diffusion
ⓐ Diffusion through the cell membrane
- 두 가지 종류의 diffusion; simple diffusion, facilitated diffusion
㉠ Simple diffusion; 일반적인 kinetic movement of molecule/ions. 열린 membrane
이나 intermolecular space에서 carrier protein 등과 어떠한 종류의 interaction도 없
는 상태. → 따라서 rate of diffusion은 순전히 활용가능한 substance의 양과 운동의
속도 (velocity of kinetic motion), 그리고 membrane opening의 크기와 수에 의해서
결정된다.  
- lipid soluble한 경우 lipid bilayer의 간격, 혹은 watery channel을 통해 이동한다.
㉡ Facilitated diffusion; carrier protein과의 interaction이 필요. carrier protein이
molecule이나 ion의 움직임을 보조.

② Diffusion
ⓑ Diffusion of lipid-soluble substances through the lipid bilayer
- 얼마나 빠르게 물질이 확산되는가는 물질의 lipid solubility에 의해 달려 있다.
- 예를 들어 oxygen, nitrogen, carbon dioxide, alcohol의 경우 lipid solubility가 높아
서 lipid bilayer를 통해 직접적으로 확산이 가능하게 된다.
ⓒ Diffusion of water and other lipid-insoluble molecules through protein channel
- Water의 경우는 lipid-insoluble하지만 membrane의 protein channel을 통해 빠르게
세포내로 이동한다.
- 다른 lipid-insoluble molecule의 경우도 protein channel을 통해 이동한다.

③ Diffusion through protein channels, and gating of these channels
- Protein channel은 tubular한 structure를 가지고 있어서, molecule이 이를 통해 이동할
수 있게 해준다.
- 이러한 protein channel은 중요한 두 가지 특성을 가지고 있다.
- Selective permeable to certain substances
- gate에 의해 open/close

ⓐ Selective permeability of protein channels
- 대부분의 protein channel은 하나/또는 몇개의 특정 ion에 대해서 highly selective
- 이는 protein channel 자체의 특성들 (직경, 모양, electrical charge, chemical bond)
에 의해 이루어진다.
- 예를 들어 sodium channel의 경우
- 0.3 x 0.5 nm (diameter), 내부가 strongly negatively charged
→ 이러한 negative charge는 dehydrated sodium ion을 channel로 끌어들인다 (정
확히는 hydrating water molecule에서 끌어내어 channel로 들어오게 해줌) →
channel 안에 들어와서는 일반적인 diffusion에 의해 이동하게 된다.

ⓐ Selective permeability of protein channels
- 반면 potassium channel의 경우
- 0.3 x 0.3 nm, 내부가 neutral하다.
→ 따라서 electrical force에 의한 pulling은 없어서, hydrated form으로 channel을
통해 이동하게 된다. hydrated sodium의 경우 hydrated potassium 보다 크기가
훨씬 커서 potassium channel을 이동하지 못한다.

ⓑ Gating of protein channels
- Gating은 channel의 permeability를 조절하는 중요한 수단
㉠ Voltage gating; membrane 안/밖으로의 electrical potential에 의해 gating이 결정
된다. action potential의 기본적인 원리가 된다 (chapter 5).
㉡ Chemical (ligand) gating; receptor에 ligand binding → conformational change
→ gate open; acetylcholine receptor 같은 경우

ⓒ Open-state versus close-state of gated channel
- Fig. 4-5A는 voltage-gated channel의 한 예
- single sodium channel; 25mV potential gradient across membrane
- gate open → transient opening (a fraction of millisecond - several millisecond)
- Patch-clamp methods
- micropipette (1-2 μm, diameter) → cell membrane에 patch해서 측정

④ Facilitated diffusion
- carrier-mediated diffusion으로도 불린다.
- molecule/ion의 이동에 specific carrier가 필요.
- simple diffusion의 경우는 rate of diffusion이 concentration에 proportional하지만
facilitated diffusion의 경우는 rate of diffusion이 maximum (Vmax)까지만 상승한다.
- 그 이유는 carrier protein가 conformational/chemical change가 일어나야 molecule의
이동이 일어나기 때문.
- 따라서, molecule의 diffusion은 carrier protein의 conformational change가 일어나는
rate에 의해서 결정된다.
- glucose/대부분의 amino acids가 이런 facilitated 
diffusion을 통해 세포내로 이동한다.

⑤ Factors that affect net rate of diffusion
ⓐ Effect of concentration difference on net diffusion through a membrane
- 농도구배가 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동
- Net diffusion ∝ (Co - Ci)
ⓑ Effect of membrane electrical potential on diffusion of ions - Nernst potential
- electrical potential이 membraned에 가해질 경우
- membrane 안/밖의 negative ion의 수가 같다고 가정하고, positive charge가 세포 내에
negative charge가 세포밖에 형성되었다고 가정하면, 농도구배가 없이도 negative ion이 세포
밖에서 안으로 이동하게 된다. (positive charge가 negative ion을 attract하며, negative ion
은 repel함) → concentration difference가 electrical potential에 의한 difference에 반대되
는 힘으로 작용함 → concentration difference에 의한 힘 = electrical difference에 의한 힘
이 균형을 맞추는 힘 equilibrium potential.
- 37℃에서 univalent ion (Na+)에 의한 electrical difference와 concentration difference의
균형 = Nernst equation

ⓒ Effect of a pressure difference across the membrane
- 압력이 가해질 경우
- 일반적으로 blood capillary membrane에서 일어난다.
- capillary 안이 바깥에 비해 20 mmHg 정도 압력이 높다
- 압력이 높은 곳 → 낮은 곳으로 물질의 이동이 일어나게 된다.

- 세포막을 통해 가장 많이 확산하는 물질은 물
- 일반적으로 확산은 정교하게 조정되므로 water의 net movement는 0에 가깝다.
- 하지만 일부 상황들에서, water의 concentration difference가 생겨나고 이로 인해 water의
net movement가 일어나서 세포가 swelling하거나 shrink하게 되는 경우들이 일어난다. 이
처럼 concentration difference에 의한 water의 net movement를 osmosis라고 한다.
- Fig. 4-9와 같이 semi-permeable한 membrane에서 한쪽에는 NaCl solution, 다른 한쪽에
는 pure water를 놓을 경우, NaCl은 이동이 불가능하고 water만 이동 → water가 좌측에서
우측으로 이동; osmosis
3. Osmosis across selectively permeable membrane - “Net diffusion” of water

① Osmotic pressure
- 만일 이 때에 압력이 NaCl쪽에서 가해지면 water의 움직임은 느려지고, 멈추고, 압력의 크
기에 따라서는 반대로 움직이게 된다. osmosis를 억제할 수 있는 양의 pressure를 가르켜
서 osmotic pressure라고 한다.
ⓐ Importance of osmotic particle (molar concentration) in determining osmotic
pressure
- Osmotic pressure는 particle의 mass가 아니라 number에 의해 결정된다.
- 그 이유는 solution에 있는 각각의 particle은 각각의 mass에 상관없이 같은 양의
pressure를 membrane에 가하기 때문 (mass가 클 수록 velocity가 낮아져서
membrane에 가하는 pressure는 차이가 없다.)
- Kinetic energy에 관한 공식
Osmotic pressure
K =
2
mv2
- 결과적으로 osmotic pressure는 solute의
mass이 아니라 particle의 갯수 (molar
concentration)에 의해 결정된다.

ⓑ Osmolality - the osmole
- particle의 갯수에 따른 solution의 concentration = osmole
- one osmole = 1 gram molecular weight of osmotically active solute
e.g., glucose 180 g = 1 gram molecular weight of glucose = 1 osmole (glucose의 경우는 이
온화 되어도 하나)
e.g., NaCl 58.5 g = 1 gram molecular weight of NaCl = 2 osmole (NaCl의 경우는 Na+ + Cl-
로 이온화)
- 따라서, 1 osmole of solute dissolved in each kilogram of water = osmolarity of 1
osmole per kilogram
ⓒ Relationship of Osmolality to Osmotic pressure
- 37 ℃에서 1 osmole per liter = 19,300 mmHg osmotic pressure in the solution
- 1 mOsm = 19.3 mHg osmotic pressure
- Body fluid는 300 mOsm 정도 되므로, body fluid의 total Osmotic P = 5790 mmHg
- 실제 신체의 osmotic pressure는 5500 mmHg 정도. Body fluid의 osmotic pressure는
calculated value의 0.93배 정도
Osmolarity = osmoles per liter of solution
Osmolality = osmoles per kilogram of water

4. Active transport of substances through membrane
- Extracellular fluid에 굉장히 적은 양으로 존재하는 물질이 intracellular fluid로 이동해야 하
는 경우들이 있다. 예를 들어 potassium ion 같은 경우
- 혹은, extracellular fluid에 굉장히 많이 존재하는 물질임에도 세포 내에 농도를 작게 유지하
기 위해서 계속 세포 밖으로 내보내야 하는 경우들이 있다. Sodium ion 같은 경우
- 이러한 두 물질의 이동은 simple diffusion으로 이동이 불가능하다.
- 즉 이러한 uphill movement를 위해 세포는 active transport를 사용한다.
- 이러한 active transport는 primary active transport와 secondary active transport로 구분
한다.
- primary active transport; ATP 등 high-energy phosphate를 이용하여서 에너지를 얻는다.
- secondary active transport; ionic concentration difference의 형태로 저장되어 있는 에너
지를 이용한다.
- 어떠한 경우든지 carrier protein을 이용한다.

① Primary active transport
ⓐ sodium-potassium pump
- Na+-K+ pump; sodium을 세포밖으로 이동시키고, potassium을 세포내로 이동시킨다.
- 세포의 Na+/K+농도구배를 만드는 가장 중요한 역할을 하게 된다.
- carrier protein은 두개의 globular protein으로 이루어져 있어서, 세포 안쪽의 sodium
binding site는 3개의 Na+를 binding하고, 세포바깥의 potassium binding site는 2개
의 K+를 binding한다. 세포 내부의 sodium binding site 부근에는 ATPase activity를
지닌다.
- ATP → ADP+ Pi에서 유리된 에너지는 carrier receptor의 conformational change를
자져와서 세 개의 Na+를 내보내고, 두 개의 K+를 들여보내는 역할을 한다. → 결과적으로
세포는 1개의 양이온을 잃어버리는 결과 → 세포 내부의 negative electrical potential
을 만는다. 신경세포의 경우 전체 에너지 대사량의 60-70%가 Na+를 내보내고 K+를 들
여보내는데 쓰인다.

ⓐ sodium-potassium pump
㉠ importance of the Na+-K+ pump for controlling cell volume
- 이러한 Na/K pump의 중요한 점 중 하나는 세포의 volume을 조절한다는 점이다.
- 세포 내부에는 많은 양의 protein과 organic molecule이 존재한다. 이들은 거의 대부
분 negative charge를 띄고 있어서 potassium, sodium 등 positive ion을 끌어들인
다. 이러한 molecule들은 osmosis를 유도할 수 있어서 세포의 swelling과 burst를 일
으킬 수 있다.
- Na/K pump에 의해 세포내의 net loss of ion을 유도 → water의 osmosis를 막는다.
㉡ electrogenic nature of Na/K pump
- 또한, Na/K pump에 의한 net loss of positive charged ion은 세포의 electric
potential을 만든다 (chapter 5)

ⓑ Primary active transport of calcium ion
- 또한 중요한 active transport mechanism은 calcium pump
- 세포내의 calcium은 굉장히 적은 양으로 유지
- 대부분 세포 밖이나 sarcoplasmic reticulum과 같은 vesicular organelle로 pump한다.
ⓒ Primary active transport of hydrogen ions
- gastric gland of stomach과 kidney의 late distal tubule과 cortical collecting duct에
서 hydrogen pump가 굉장히 중요하다.
- gastric gland중 parietal cell에 의한 hydrogen pump는 hydrochloric acid를 생성하
여서 stomach digestive secretion을 유도하는데 중요한 역할을 한다.
- Kidney의 경우는 intercalated cell (late distal tubule/cortical collecting duct)에서
hydrogen ion을 이동시켜서 urine을 excess hydrogen ion을 제거하는 역할을 한다.
ⓓ Energetics of primary active transport
- 필요한 에너지는 농도구배에 logarithm으로 증가한다.
Energy (in calories per osmole) =
C2
C1
1400 log

② Secondary Active Transport
- sodium이 primary active transport에 의해 세포 밖으로 나가게 되면 sodium의
concentration gradient가 생기게 된다. 이러한 sodium의 gradient는 세포가 에너지를
축적하는 역할을 수행한다.
- Sodium의 diffusion energy는 sodium이 이동하면서 다른 물질을 같이 이동할 수 있게 해
주는 역할을 수행하는 secondary active transport를 일으키게 된다.
- co-transport의 경우는 sodium과 같은 방향성으로 이동하는 것이고 counter-transport
는 sodium과 반대방향으로 이동하게 되는 것을 뜻한다.

ⓐ Co-transport of glucose and amino acids along with sodium ions
- Na/glucose co-transporter의 세포밖 binding site에 각기 Na+과 glucose가 binding
하면 conformational change를 일으키면서 이 둘이 세포 내로 들어오게 된다.
- amino acid의 경우도 같은 방식으로 이동한다.
- sodium/glucose co-transport는 intestinal tract이나 renal tubule의 epithelial cell
에서 물질이동의 가장 중요한 기전으로 작용

ⓑ Sodium counter-transport of calcium and hydrogen ions
- sodium-calcium counter-transport는 대부분의 세포막에서 일어난다.
- sodium-hydrogen counter-transport의 경우 kidney의 proximal tubule에서 주로
일어난다.

③ Active transport through cellular sheets
- 단순히 cell membrane을 통한 물질이동이 아닌 cellular sheet에서의 물질 이동
- intestinal epithelium, renal tubule의 epithelium, exocrine gland의 epithelium,
gallbladder의 epithelium, brain의 choroid plexus의 membrane
- transporting cell의 cell membrane에서의 active transport → 반대편 세포에서의
simple diffusion이나 facilitated diffusion 등에 의해 이루어진다.

Summary
1. Introduction
•Constituents of intracellular fluid and extracellular fluid
2. Lipid barrier of the cell membrane, and cell membrane transport protein
① Diffuse vs active transport
② Diffusion
ⓐ Diffusion through cell membrane - ㉠ Simple diffusion ㉡ Facilitated diffusion
ⓑ Diffusion of lipid-soluble substances - the lipid bilayer
ⓒ Diffusion of water and other lipid in-soluble molecules - protein channel
③ Diffusion through protein channel, gating of channel
ⓐ Selective permeability
ⓑ Gating of protein channel - ㉠ Voltage gating ㉡ Chemical gating
ⓒ Open state vs close state
④ Facilitated diffusion
ⓐ Concentration difference ⓑ Electrical potential ⓒ Pressure difference
3. Osmosis
ⓐ Osmotic particle (molar concentration) ⓑ Osmolality ⓒ Osmolality and Osmotic pressure
ⓐ Sodium-potassium pump - ㉠ Cell volume control ㉡ Electrogenic
ⓑ Calcium pump ⓒ Primary active transport of hydrogen ⓓ Energetics of primary active transport
② Secondary active transport
ⓐ Co-transport; glucose, amino acid/sodium ions
ⓑ Counter transport; calcium/hydrogen/sodium ions
③ Active transport through cellular sheets

Nanopore
• 지금까지 배운 channel의 기본적인 역할들은 membrane potential을 변화시키는 전기적/
화학적 작용에 의한 ion channel의 opening과 이를 통한 이온/물질의 이동
• 대부분의 연구들 역시 이러한 channel의 property를 연구함 → patch clamp를 이용한 
electrophysiology

Nanopore
• 이러한 channel의 성질을 이용해서 다른 걸 할 수는 없을까?
• DNA sequencing

① 물질이동

Recommended

Recommended

More Related Content

Featured

Featured (20)

① 물질이동