고양이 회장 종주근에서 Na-Ca 교환 기전의 특성에 관한 연구

Na-Ca Exchange in Sarcolemmal Vesicles Isolated from Cat Ileal Longitudinal Muscle

고양이 회장 종주근에서 세포막 소포를 분리하여 Na⁺의 농도 경사에 의존하여 일어나는 Ca²⁺ 이동의 특성에 대하여 연구하였다. 막소포 내부에서 외부로 향하는 Na⁺의 농도 경사 존재시 Ca²⁺의 축적이 현저히 증가하여 Na⁺ 의존성 Ca²⁺ 축적을 보였으며, 이는 외부용액에 Na⁺ ionophore인 monensin을 처리시 소실되었다. 한편 이러한 Ca²⁺ 축적의 증가 작용은 Na⁺에 특이적이었으며 K⁺, Li⁺, Rb⁺, Cs⁺ 및 choline이온은 Na⁺의 작용을 대치하지 못하였다. Ba²⁺, Sr²⁺, Mn²⁺ 및 Cd²⁺ 등의 2가 양이온들은 0.5 mM의 농도에서 Na⁺ 의존성 Ca²⁺ 축적을 억제하였으나 Mg²⁺은 이 농도에서 억제 효과를 보이지 않았다. 막소포 외부의 pH를 pH 6.0에서 8.5까지 증가시 Na⁺ 의존성 Ca²⁺ 축적이 증가하였다. Amiloride는 0.5 mM 이상의 농도에서 Na⁺ 의존성 Ca²⁺ 축적을 유의하게 억제하였으나 diltiazem 및 vanadate는 이 농도에서 유의한 억제효과를 보이지 않았다. 동력학적으로 분석하여 측정한 Na⁺ 의존성 Ca²⁺ 축적의 Ca²⁺에 대한 K_m 값은 18.2 μM이었으며 5초에서 측정한 V_max값은 689.7 pmole/mg protein이었다. Ca²⁺ 축적에 대한 Na⁺ 농도 경사의 효과를 동력학적으로 분석한 결과 막소포 외부에서의 Ca²⁺에 대한 친화도에는 변화없이 최고 이동치만 증가시켜 전형적인 비상경적 작용 양상을 보였다. Ca²⁺ 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 Ca²⁺ 축적이 증가하였다. 이와 같은 결과들은 고양이 회장 평활근에서 분리한 세포막에 Na⁺-Ca²⁺ 교환기전이 존재하고 이는 다른 조직에서 밝혀진 것과 유사한 특성을 지녔으며 electrogenic한 기전으로 작용할 가능성을 시사하였다.

Effect of a Na⁺ gradient on Ca²⁺ uptake was studied in isolated sarcolemmal vesicles of cat ileal longitudinal muscle. Ca²⁺ uptake was markedly stimulated in the presence of an outwardly directed Na⁺ gradient. External Na⁺, monensin and A23187 abolished the Na⁺-dependent Ca²⁺ uptake. Monovalent cations such as K⁺, Li⁺, Rb⁺, Cs⁺ and choline could not substitute for Na⁺ in enhancement of Ca²⁺ uptake. Divalent cations such as Ba²⁺, Sr²⁺, Mn²⁺ and Cd²⁺ but not Mg²⁺ inhibited the Na⁺-dependent Ca²⁺ uptake. Increase in external pH in the range of 6.0 to 8.0 stimulated the Na⁺-dependent Ca²⁺ uptake. Amiloride inhibited the Na⁺-dependent Ca²⁺ uptake at concentrations above 0.5 mM, whereas diltiazem or vanadate did not. The apparent Km of the Na⁺-dependent Ca²⁺ uptake for Ca²⁺ was 18.2 μM and apparent Vmax was 689.7 pmole/mg protein/5 sec. Kinetic analysis of the Na⁺-dependent Ca²⁺ uptake showed a noncompetitive interaction between internal Na⁺ and external Ca²⁺. The dependence of Ca²⁺ 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 Ca²⁺ uptake. These results indicate that a Na⁺-Ca²⁺ exchange system exists in the sarcolemmal membranes isolated from cat ileal longitudinal muscle and it might operate as an electrogenic process.