감마선이 조사된 세포막 모델에서 음이온의 능동전달특성을 연구하였다. 이 실험에 사용된 세포막 모델은 세포막의 구형단백질, 당단백질 등의 기능을 지니고 있는 친수성의 극성인 poly(1-methyl-4-vinylpyridinium iodide-co-divinylbenzene: MeVP-DVBI)분말을 세포막의 인지질에 해당하는 소수성의 극성인 polysulfone과 결합시킨 불균질의 복합막을 사용하였다. 첫 번째 조사되지 않은 막에서 $OH^-$, $Cl^-$, $Na^+$의 초기플럭스는 실험조건을 제막의 두께 $80-200{\mu}m$로 할 때 정비례로 감소하였고, MeVP-DVBI의 농도를 20-80%로 할 때 ($OH^-$, $Cl^-$는 지수 값으로 증가하였고 $Na^+$는 지수 값으로 감소하여 음이온($OH^-$, $Cl^-$)의 능동전달을 증대시키고 NaOH의 농도를 0-0.5mol/L로 할 때 $0-2mole/cm^2{\cdot}h$로 지수 값으로 증가하였다. 두 번째 조사된 막에서 $OH^-$, $Cl^-$, $Na^+$의 초기플럭스는 대체적으로 조사되지 않은 막과 비교해서 감소하여 음이온의 능동전달이 감소하였는데 이는 방사선조사로 $H^+$이온 농도의 증가를 가져와 음이온의 초기플럭스가 감소하였기 때문으로 생각된다. 조사된 막의 pH의 추진력은 조사되지 않은 막보다 유의성 있게 증가하였고 세포막모델에서 $OH^-$와 $Cl^-$의 능동전달특성이 비정상적이기 때문에 세포장해가 세포에서 발현된다.
감마선이 조사된 세포막 모델에서 음이온의 능동전달특성을 연구하였다. 이 실험에 사용된 세포막 모델은 세포막의 구형단백질, 당단백질 등의 기능을 지니고 있는 친수성의 극성인 poly(1-methyl-4-vinylpyridinium iodide-co-divinylbenzene: MeVP-DVBI)분말을 세포막의 인지질에 해당하는 소수성의 극성인 polysulfone과 결합시킨 불균질의 복합막을 사용하였다. 첫 번째 조사되지 않은 막에서 $OH^-$, $Cl^-$, $Na^+$의 초기플럭스는 실험조건을 제막의 두께 $80-200{\mu}m$로 할 때 정비례로 감소하였고, MeVP-DVBI의 농도를 20-80%로 할 때 ($OH^-$, $Cl^-$는 지수 값으로 증가하였고 $Na^+$는 지수 값으로 감소하여 음이온($OH^-$, $Cl^-$)의 능동전달을 증대시키고 NaOH의 농도를 0-0.5mol/L로 할 때 $0-2mole/cm^2{\cdot}h$로 지수 값으로 증가하였다. 두 번째 조사된 막에서 $OH^-$, $Cl^-$, $Na^+$의 초기플럭스는 대체적으로 조사되지 않은 막과 비교해서 감소하여 음이온의 능동전달이 감소하였는데 이는 방사선조사로 $H^+$이온 농도의 증가를 가져와 음이온의 초기플럭스가 감소하였기 때문으로 생각된다. 조사된 막의 pH의 추진력은 조사되지 않은 막보다 유의성 있게 증가하였고 세포막모델에서 $OH^-$와 $Cl^-$의 능동전달특성이 비정상적이기 때문에 세포장해가 세포에서 발현된다.
The active transport characteristics of anions of cell membrane model which irradiated by $^{60}Co\;{\gamma}-ray$ was investigated. The cell membrane model used in this experiment was a sulfonated copolymerized membrane of poly(1-methyl-4-vinylpyridiniumiodide-co-divinylbenzene : MeVP-DVB...
The active transport characteristics of anions of cell membrane model which irradiated by $^{60}Co\;{\gamma}-ray$ was investigated. The cell membrane model used in this experiment was a sulfonated copolymerized membrane of poly(1-methyl-4-vinylpyridiniumiodide-co-divinylbenzene : MeVP-DVBI). First, the initial flux of $OH^-$ and $Cl^-$, $Na^+$ of membrane which was not irradiated was decreased with increase of thickness of membrane $80-200{\mu}m$, increased with increase of NaOH concentration 0-0.5mol/L and MeVP-DVBI concentration 20-80% was increased with initial flux of $OH^-$ and $Cl^-$, decreased with initial flux of $Na^+$. Second, the initial flux of membrane which was irradiated was less than that. And the driving force of pH of irradiated membrane was significantly increased more than membrane which was not irradiated. The initial flux of the $OH^-$ ion was decreased with increase of $H^+$ ion concentration. As selective transport of $OH^-$ and $Cl^-$ of cell membrane model were abnormal, cell damages were appeared at cell.
The active transport characteristics of anions of cell membrane model which irradiated by $^{60}Co\;{\gamma}-ray$ was investigated. The cell membrane model used in this experiment was a sulfonated copolymerized membrane of poly(1-methyl-4-vinylpyridiniumiodide-co-divinylbenzene : MeVP-DVBI). First, the initial flux of $OH^-$ and $Cl^-$, $Na^+$ of membrane which was not irradiated was decreased with increase of thickness of membrane $80-200{\mu}m$, increased with increase of NaOH concentration 0-0.5mol/L and MeVP-DVBI concentration 20-80% was increased with initial flux of $OH^-$ and $Cl^-$, decreased with initial flux of $Na^+$. Second, the initial flux of membrane which was irradiated was less than that. And the driving force of pH of irradiated membrane was significantly increased more than membrane which was not irradiated. The initial flux of the $OH^-$ ion was decreased with increase of $H^+$ ion concentration. As selective transport of $OH^-$ and $Cl^-$ of cell membrane model were abnormal, cell damages were appeared at cell.
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문제 정의
고분자막은 세포막에 대응되는 생물 막으로서 좌측 cell에 0.1N HCl solution과 우측cell에 0.1N NaCl, 0.1N NaOH solution사이의 OH- , Cl- , Na+이온투과성에 대하여 5Gy의 고 선량조사를 한 후 이온투과성과 방사선 조사 전의 이온투과성을 비교 연구하기 위하여 사용 하였다.
본 실험에서는 전해질 용액에서 다양한 변수들의 변화가 OH-와 Cl-의 플럭스에 어느 정도의 영향을 미치는가를 정량화하기 위하여 Fig.1과 같은 실험장치를 pyrex유리로 제작하여 실험하였다.
이에 따라서 방사선이 조사된 세포막이 물질의 능동전달(active transport)에 의해서 발생하는 음이온투과성변화에 어느 정도의 영향을 미치는가를 구명하기 위하여 세포막과 유사한 이온투과성막을 고분자로 제조한 후 이 생물 막의 이온투과성 변화가 방사선조사 전ㆍ후에 어떻게 변화하는가를 알아보기 위하여 물질의 능동전달(active transport)을 통하여 실험을 하였다.
제안 방법
MeVP-DVBI는 FT-IR(Infra-Red) 피크가 VP-DVB의 경우와는 달리 alkylation 한 경우는 1640cm-1 근방에서 4차 암모늄의 예리한 피크를 확인할 수 있었고 제막에 사용하기 위해 분쇄한 MeVP-DVBI 분말의 입자크기및 분포를 particle analyzer를 이용하여 측정한 결과를 Table 2.에 나타 내였으며 이때 측정조건은 Fritsch pelverisette 02-102 type으로 24시간 분쇄한 후 메탄올을 분산제로 하여 입자의 밀도(0.79g/cm3 ), 점도(0.68cp)를 측정하였고, 입자크기의 측정간격은 5㎛, 분석범위는 0-70㎛였다. 제막에 사용한 분말의 크기는 0.
둘째, 5Gy의 선량을 조사한 고분자 막(세포막모델)의 OH- , Cl- , Na+이온투과성의 변화에 대하여 알아본 결과로 다음과 같았다.
이온투과성을 선택적으로 측정할 수 있은 이온투과성 막으로서 세포막의 구형단백질, 당단백질 등의 기능을 지니고 있는 친수성의 극성인 poly(1-methyl-4-vinyl pyridinium iodide -co-divinylbenzene)분말을 세포막의 인지질에 해당하는 소수성의 극성인 polysulfone과 결합시킨 불균질의 복합막을 사용하였다. 또한, 방사선조사로 고분자막의 구조적 변화에 따른 OH- , Cl- , Na+이온투과성의 변화를 실험을 한 결과 아래와 같은 결론을 추론하게 되었다.
또한, 제조된 막은 polarity가 큰 막에서 항류수송이주 된 수송방법이 될 것이므로 OH-에 의한 항류수송의 영향을 고찰하기 위해 양측셀에 HCl과 NaCl을 0.1mol/L로 고정하고 NaCl을 포함한 셀에 NaOH를 0.05, 0.1, 0.15, 0.2mol/L로 변화시커 넣은 후 각 이온의 이동을 측정하였다.
막을 각각 80, 100, 180, 200㎛ 두께로 제조한 후, 이 막에 각각 방사선 5Gy를 조사한 다음에 Na+ , OH- , Cl-의 초기 플럭스를 Fig.5.에 나타내었다. 이 때 Cl는 NaCl쪽으로 농축되고 Na+ , OH-는 이와 반대 방향으로 투과되었으며, 막 두께가 증가함에 따라 모든 이온의 플럭스가 거의 반비례로 감소함을 알 수 있었는데 특히, 방사선조사로 모두 이온의 플럭스가 방사선조사를 안할 때 보다 더 감소함을 나타내었다.
막의 pore의 크기 및 분포는 역시 pore (micro mertics pore sizer 9300)을 이용하여 분석하였고 비표면적은 surface analyzer(micromertics surface analyzer)를 이용하여 분석하였으며, 제조막의 기계적 강도는 인장강도 측정기를 이용하여 인장강도(Ts)측정을 하였다. 막의 함수율은 24시간 팽윤시킨 막을 진공건조 시킨 후의 전ㆍ후 무게차를 건조막의 단위무게 기준으로 나타내었다.
먼저 중합체(4-vinylpyridine-Divinylbenze ne: VP-DVB)의 구조 및 4차 암모늄을 평가하기 위하여 IR (Infra-Red)(JAS.CO IR-810)을 사용하여 분석하였다. 제막에 사용하기 위해서 분쇄한 MeVP-DVBI의 입자크기 및 분포는 particle analyzer(Heriba CAPA-300 par ticle analyzer)을 이용하여 측정하였으며, pore의 크기 및 분포, 공극률은 pore sizer (micromertics pore sizer 9300)를 이용하여 분석하였다.
본 실험에서는 유기 음이온인 Cl-의 능동전달 특성을 실험하기 위해 Fig. 1와 같은 실험장치를 poly(methy methacrylate)로 제작하였으며, 측정셀은 이중벽으로 펌프를 사용해 물을 셀내벽과 외벽 사이로 순환시켜 온도를 일정하게 유지토록 하였다.
5cm2이다. 셀의 바닥은 평평하게 제작하였으며 자력교반기로 500rpm으로 용액을 충분히 교반시켜 위치에 따른 측정오차를 제거하였다.
제막변수에 따른 영향으로서 막 두께, MeVPDVBI 함량 및 고정전달자의 농도가 이온의 플럭스에 미치는 영향을 알아보기 위해 양측 셀에 각각 같은 농도(0.1mol/L)의 HCl과 NaCl을 이용하여, 능동 전달시 Na+ , OH- , Cl의 플럭스를 비교하였다.
CO IR-810)을 사용하여 분석하였다. 제막에 사용하기 위해서 분쇄한 MeVP-DVBI의 입자크기 및 분포는 particle analyzer(Heriba CAPA-300 par ticle analyzer)을 이용하여 측정하였으며, pore의 크기 및 분포, 공극률은 pore sizer (micromertics pore sizer 9300)를 이용하여 분석하였다.
좌측cell에 0.1N HCl solution과 우측cell에 0.1N NaCl, 0.1N NaOH solution는 water jacket으로 인체의 체온과 같은 36.5℃를 유지하였고 OH-농도와 Cl-농도는 방사선 5Gy로 조사한 생물 막과 조사하지 않은 생물 막으로 각각 상호교환을 하여 마이크로피펫으로 각각 샘플링을 하고 그 농도를 원자흡광분석기로 검량선을 통하여 측정하였다.
첫째, 방사선을 조사하지 않은 고분자 막(세포막모델)의 OH- , Cl- , Na+이온투과성의 변화에 대하여 알아본 결과로 다음과 같았다.
합성된 막의 고정 전달자의 농도는 막제조에 사용한 MeVP-DVBI의 고정 전달자 농도와 막내의 중량비로부터 계산하였다.
대상 데이터
반응기, Magnetic Stirrer, 분광광도계(Shimadzu UV-2401PC, Japan), 전도도측정기(suntex, model Sc-17A), pH meter(Union prix, model GP-55), 원자흡광분석기 (Nippon Jarell Ash, A.A-845), 저울(Mettler AT201, USA), 항온수조(Eyela SB-9, Japan), IR(Infra-Red)(JAS.CO IR-810), 60Co γ선 조사기 등을 사용했다.
본 실험은 세포막의 구형단백질, 당단백질 등의 기능을 지니고 있는 친수성의 극성인 poly(1-methyl-4- vinyl pyridinium iodide -co-divinyl benzene) 분말을 세포막의 인지질에 해당하는 소수성의 극성인polysulfone 과 결합시킨 불균질의 복합막을 사용하였다.[21,22,23] 또한, 방사선조사로 고분자막의 구조적 변화에 따른 OH- , Cl- , Na+이온투과성의 변화를 실험을 하였다.
세포막모델은 OH- , Cl- , Na+이온투과성을 선택적으로 측정할 수 있은 이온투과성 막으로서 세포막의 구형단백질, 당단백질 등의 기능을 지니고 있는 친수성의 극성인 poly(1-methyl-4-vinyl pyridinium iodide -co-divinylbenzene)분말을 세포막의 인지질에 해당하는 소수성의 극성인 polysulfone과 결합시킨 불균질의 복합막을 사용하였다. 또한, 방사선조사로 고분자막의 구조적 변화에 따른 OH- , Cl- , Na+이온투과성의 변화를 실험을 한 결과 아래와 같은 결론을 추론하게 되었다.
68cp)를 측정하였고, 입자크기의 측정간격은 5㎛, 분석범위는 0-70㎛였다. 제막에 사용한 분말의 크기는 0.1-70㎛ (60% 정도의 2-20㎛의 크기를 갖는)이였고, 측정된 평균 입자의 크기는 17.18㎛ 였다.
이론/모형
이 때 H+ 의 농도는 pH meter(Union Prix, Model GP-55)를 사용하여 기록계로 연속적으로 기록하였으며, Na+ 는 A.A(Nipp on Jarell Ash, A.A-845), Cl는 argento metric method로 분석하였다. 막에 대한 실험으로서 온도는 36.
성능/효과
1. 막을 각각 80, 100, 180, 200㎛ 두께로 변화할 때 OH- , Cl- , Na+ 의 초기 플럭스는 각각 1.165 x 105-0.551 x 105 mole/cm2․ h 및 0.645 x 105- 0.202 x 105 mole/cm2․ h, 0.497 x 105- 0.093 x 105 mole/cm2․ h 이었다.
1. 막을 각각 80, 100, 180, 200㎛ 두께로 변화할 때 OH- , Cl- , Na+ 의 초기 플럭스는 각각 4.56 x 105- 0.7 x 105 mole/cm2․ h 및 2.79 x 105- 0.21 x 105 mole/cm2․ h, 2 x 105- 0.12 x 105 mole/cm2․ h이 었다.
2. 고정전달자인 4차 암모늄의 농도 [Mev-DVBI %(w/w)]:20-80%에 따른 OH- , Cl- , Na+ 의 초기플럭스는각각 1.08 x 105- 1.85 x 105 mole/cm2․ h 및 0.61 x 105- 1.33 x 105 mole/cm2․ h, 0.48 x 105- 0.15 x 105 mole/cm2․ h이었다.
3. OH이온의 향류 수송에 의한 Cl의 능동전달을 살펴보면 NaOH의 농도증가 (0-0.5mol/L)시 초기플럭스는 0-2mole/cm2․ h로 증가한다.
에는 고정 전달자인 4차 암모늄의 농도(Mev-DVBI %)에 따른 이온의 이동을 나타내었다. OH-, Cl-는 고정전달자의 농도가 증가할수록 향류 수송되는 양이 증가함을 알 수있었으며, Na+이온의 플럭스는 감소함을 알 수 있었는데 특히, 방사선조사로 모두 이온의 플럭스가 방사선조사를 안할 때 보다 더 감소함을 나타내었다. 이는 방사선조사로 이온의 플럭스에 저해작용을 하였음을 알 수가 있었다.
에는 고정전달자인 4차 암모늄의 농도 (Mev-DVBI %)에 따른 이온의 이동을 나타내었다. OH-, Cl-는 고정전달자의 농도가 증가할수록 향류수송 되는 양이 증가함을 알 수 있었으며, Na+이온의 플럭스는 감소함을 알 수 있었다.
이 때 Cl-는 NaCl쪽으로 농축되고 Na+ , OH-는 이와 반대 방향으로 투과되었으며, 막 두께가 증가 함에 따라서 모든 이온의 플럭스가 거의 반비례로 감소함을 알 수 있었다. 또한, 각 이온의 플럭스 비는 막 두께에 관계없이 거의 일정함을 알 수 있었다.
상기의 실험 결과를 종합해 보면 방사선 5Gy의 조사로 세포막모델(고분자막)의 구성 성분 중 H+ 가 전리가 되어 전해질의 H+이온 함량을 증가시킨다. 전해질의 H+이온 함량의 증가는 OH이온의 능동전달의 구동력을 감소시켜서 조사되지 않은 고분자 막보다 급속도로 Cl의 초기 플럭스 감소를 가져왔다.
에 나타내었다. 이 때 Cl-는 NaCl쪽으로 농축되고 Na+ , OH-는 이와 반대 방향으로 투과되었으며, 막 두께가 증가 함에 따라서 모든 이온의 플럭스가 거의 반비례로 감소함을 알 수 있었다. 또한, 각 이온의 플럭스 비는 막 두께에 관계없이 거의 일정함을 알 수 있었다.
에 나타내었다. 이 때 Cl는 NaCl쪽으로 농축되고 Na+ , OH-는 이와 반대 방향으로 투과되었으며, 막 두께가 증가함에 따라 모든 이온의 플럭스가 거의 반비례로 감소함을 알 수 있었는데 특히, 방사선조사로 모두 이온의 플럭스가 방사선조사를 안할 때 보다 더 감소함을 나타내었다. 이는 방사선조사로 이온의 플럭스에 저해작용을 하였음을 알수가 있었다.
이온 함량을 증가시킨다. 전해질의 H+이온 함량의 증가는 OH이온의 능동전달의 구동력을 감소시켜서 조사되지 않은 고분자 막보다 급속도로 Cl의 초기 플럭스 감소를 가져왔다. 이는 Na+이동량의 감소를 가져와 정상적인 물질의 농동전달에 큰 장해를 준다.
에서 초기 플럭스는 NaOH의 농도증가시 그 증가폭이 줄어드는 전형적인 포화 속도론적 경향을 나타내었다. 특히, 방사선조사로 Cl의 이온플럭스가 방사선조사를 안할 때 보다 더 감소함을 나타내었다. 이는 방사선조사로 이온의 플럭스에 저해작용을 하였음을 알 수가 있었다.
합성막에서 고정전달자의 농도는 중합된 VP-DVBI 에 iodomethane을 과량으로 반응시커 100% alkylation 하였으므로, VP-DVB 중합에 사용된 VP의 몰비를 통해 제막에 사용된 MeVP-DVBI 혼합비를 연관시커 계산한 결과 막에서 MeVP-DVBI %(w/w)에 대한 DVB %의 몰분율은 4%이고 막의 MeVP-DVBI %(w/w)는 50%이고 고정 전달자의 농도(mol/cm3 )는 3.99×10-3이고 수분(%)은 22.7%이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
세포막의 유동모자이크설은 어떻게 확립되었는가?
세포막의 유동모자이크설은 1971년 S.J. Singer가 지질과 단백질 모형을 제안하고, 1972년 G.L. Nicolson과 함께 유동 특성을 제시함으로서 확립되었다. 즉, 인지질과 단백질로 구성된 세포막을 통해서 세포외부와 세포내부사이의 물질전달이 이루어지고 있다는 것이다.
유․무기질의 물질전달은 무엇에 의해서 이루어지는가?
또한, 세포내부에 있은 세포소기관 중 미토콘드리아, 핵, 엽록체 등도 세포막처럼 이중막으로 되어 있어 세포내부에서도 상호간의 물질교환이 이루어지고 있다[1],[2]. 이와 같이 세포막은 세포외․내부의 생리적 대사에 중요한 역할을 담당하고 있으며 세포의 구조와 생명현상을 유지하는데 없어서는 안되는 세포의 구성성분이며 유․무기질의 물질전달은 능동수송 (active transport), 수동수송(passive transport)에 의해서 이루어진다[2].
세포막의 유동모자이크설은 무엇을 의미하는가?
Nicolson과 함께 유동 특성을 제시함으로서 확립되었다. 즉, 인지질과 단백질로 구성된 세포막을 통해서 세포외부와 세포내부사이의 물질전달이 이루어지고 있다는 것이다. 또한, 세포내부에 있은 세포소기관 중 미토콘드리아, 핵, 엽록체 등도 세포막처럼 이중막으로 되어 있어 세포내부에서도 상호간의 물질교환이 이루어지고 있다[1],[2].
참고문헌 (23)
Brasitus, T. A. and Schachter, D.: " lipid dynamics and lipid protein interaction in rat enterocyte basolateral and micro-villus membrane", Biochemistry,19, 2763-2769, 1980.
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