초록
고양이 회장 종주근에서 세포막 소포를 분리하여 $Na^+$의 농도 경사에 의존하여 일어나는 $Ca^{2+}$ 이동의 특성에 대하여 연구하였다. 막소포 내부에서 외부로 향하는 $Na^+$의 농도 경사 존재시 $Ca^{2+}$의 축적이 현저히 증가하여 $Na^+$ 의존성 $Ca^{2+}$ 축적을 보였으며, 이는 외부용액에 $Na^+$ ionophore인 monensin을 처리시 소실되었다. 한편 이러한 $Ca^{2+}$ 축적의 증가 작용은 $Na^+$에 특이적이었으며 $K^+$, $Li^+$, $Rb^+$, $Cs^+$ 및 choline이온은 $Na^+$의 작용을 대치하지 못하였다. $Ba^{2+}$, $Sr^{2+}$, $Mn^{2+}$ 및 $Cd^{2+}$ 등의 2가 양이온들은 0.5 mM의 농도에서 $Na^+$ 의존성 $Ca^{2+}$ 축적을 억제하였으나 $Mg^{2+}$은 이 농도에서 억제 효과를 보이지 않았다. 막소포 외부의 pH를 pH 6.0에서 8.5까지 증가시 $Na^+$ 의존성 $Ca^{2+}$ 축적이 증가하였다. Amiloride는 0.5 mM 이상의 농도에서 $Na^+$ 의존성 $Ca^{2+}$ 축적을 유의하게 억제하였으나 diltiazem 및 vanadate는 이 농도에서 유의한 억제효과를 보이지 않았다. 동력학적으로 분석하여 측정한 $Na^+$ 의존성 $Ca^{2+}$ 축적의 $Ca^{2+}$에 대한 $K_m$ 값은 $18.2\;{\mu}M$이었으며 5초에서 측정한 $V_{max}$값은 689.7 pmole/mg protein이었다. $Ca^{2+}$ 축적에 대한 $Na^+$ 농도 경사의 효과를 동력학적으로 분석한 결과 막소포 외부에서의 $Ca^{2+}$에 대한 친화도에는 변화없이 최고 이동치만 증가시켜 전형적인 비상경적 작용 양상을 보였다. $Ca^{2+}$ 축적에 대한 $Na^+$ 농도 경사의 효과를 $Na^+$ 농도에 따라 측정하여 Hill plot을 시행한 결과 Hill coefficient가 2.52로 나타났다. 막소포 내부로 향하는 $K^+$ 농도 경사하에서 valinomycin을 처리하여 막소포 내부에 양전위를 발생시킨 결과 $Na^+$ 의존성 $Ca^{2+}$ 축적이 증가하였다. 이와 같은 결과들은 고양이 회장 평활근에서 분리한 세포막에 $Na^{+}-Ca^{2+}$ 교환기전이 존재하고 이는 다른 조직에서 밝혀진 것과 유사한 특성을 지녔으며 electrogenic한 기전으로 작용할 가능성을 시사하였다.
Effect of a $Na^+$ gradient on $Ca^{2+}$ uptake was studied in isolated sarcolemmal vesicles of cat ileal longitudinal muscle. $Ca^{2+}$ uptake was markedly stimulated in the presence of an outwardly directed $Na^+$ gradient. External $Na^+$, monensin and A23187 abolished the $Na^+-dependent$ $Ca^{2+}$ uptake. Monovalent cations such as $K^+$, $Li^+$, $Rb^+$, $Cs^+$ and choline could not substitute for $Na^+$ in enhancement of $Ca^{2+}$ uptake. Divalent cations such as $Ba^{2+}$, $Sr^{2+}$, $Mn^{2+}$ and $Cd^{2+}$ but not $Mg^{2+}$ inhibited the $Na^+-dependent$ $Ca^{2+}$ uptake. Increase in external pH in the range of 6.0 to 8.0 stimulated the $Na^+-dependent$ $Ca^{2+}$ uptake. Amiloride inhibited the $Na^+-dependent$ $Ca^{2+}$ uptake at concentrations above 0.5 mM, whereas diltiazem or vanadate did not. The apparent Km of the $Na^+-dependent$ $Ca^{2+}$ uptake for $Ca^{2+}$ was 18.2 ${\mu}M$ and apparent Vmax was 689.7 pmole/mg protein/5 sec. Kinetic analysis of the $Na^+-dependent$ $Ca^{2+}$ uptake showed a noncompetitive interaction between internal $Na^+$ and external $Ca^{2+}$. The dependence of $Ca^{2+}$ uptake on internal $Na^+$ showed sigmoidal kinetics and Hill coefficient for internal $Na^+$ was 2.52. Inside positive membrane potential generated by imposing an inwardly directed $K^+$ gradient and valinomycin significantly stimulated the $Na^+-dependent$ $Ca^{2+}$ uptake. These results indicate that a $Na^+-Ca^{2+}$ exchange system exists in the sarcolemmal membranes isolated from cat ileal longitudinal muscle and it might operate as an electrogenic process.
(Department of Physiology, College of Medicine, Pusan National University)
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