무기 이온

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무기 이온(영어: inorganic ion)은 생물에서 중요한 세포 활동에 필요한 이온이다.[1] 신체 조직에서 이온은 전해질이라고도 하며, 근육 수축과 뉴런의 활성화에 필요한 전기적인 활성에 필수적이다. 무기 이온은 체액의 삼투압에 기여하고 다른 많은 중요한 기능들을 수행한다.

무기 이온의 예[편집]

생물에서 중요한 무기 이온들과 그 기능은 다음과 같다

  • Ca2+ – 칼슘 이온은 뼈와 치아의 구성 요소이다. 칼슘 이온은 또한 아래의 다른 무기 이온들과 마찬가지로 생물학적 메신저 역할을 한다. (저칼슘혈증 참조)
  • Zn2+ – 아연 이온은 체내에서 아주 낮은 농도로 발견되며, 이들의 주요 기능은 항산화제이다. 아연 이온은 일반적으로 그리고 간 특이적 산화촉진제 모두에 대해 항산화제로 작용한다.[2] 아연 이온은 특히 시스테인이 풍부한 결합 부위에서 높은 친화력으로 아연 이온과 결합하는 일부 거대 분자에 대한 항산화제 유사 안정제로 작용할 수 있다.[2] 이러한 결합 부위는 아연 이온을 단백질 접힘에 대한 안정제로 사용하여 이러한 단백질 모티프를 구조적으로 더 견고하게 만든다. 이러한 구조에는 아연 집게가 포함되며, 여러가지 입체 구조를 갖는다.[2]
  • K+ – 동물에서 칼륨 이온의 주요 기능은 콩팥에서 삼투압의 균형을 유지하는 것이다. (저칼륨혈증 참조)
  • Na+ – 나트륨 이온은 칼륨 이온과 유사한 역할을 한다. (저나트륨혈증 참조)
  • Mn2+ – 망가니즈 이온은 다양한 단백질의 입체 형태를 위한 안정제로 사용되는 것으로 보인다. 그러나 망가니즈 이온에 대한 과다 노출은 파킨슨병과 같은 여러 신경퇴행성 질환과 관련이 있다.[3]
  • Mg2+ – 마그네슘 이온은 엽록소의 구성 요소이다. (저마그네슘혈증 참조)
  • Cl− – 사람에서 염화물 이온을 운반할 수 없게 되면 낭포성 섬유증을 야기하게 된다.
  • CO2−
    3     – 바다 생물의 껍질의 주성분은 탄산 칼슘이다. 혈액에서 이산화 탄소의 약 85%가 탄산염 이온(산성 용액)으로 전환되어 더 빠른 속도로 이동한다.
  • Co2+ – 코발트 이온은 1~2 mg의 양으로 인체에 존재한다.[4] 코발트는 심장, 간, 콩팥, 지라에서 발견되며, 이자, 뇌, 혈장에서는 상당히 적은 양이 발견된다.[4][5] 코발트는 비타민 B12의 필수 구성 성분이자 세포의 체세포 분열에서의 기본적인 조효소이다.[5] 코발트는 아미노산 형성에 중요하며 일부 단백질은 신경 세포에서 말이집을 생성한다.[6][3] 코발트는 또한 생물체 내에서 적절한 기능에 필수적인 신경전달물질을 생성하는 역할을 한다.[3]
  • PO3−
    4     – 아데노신 삼인산(ATP)은 접근 가능한 형태로 에너지를 저장하는 일반적인 분자이다. 뼈는 인산 칼슘으로 구성되어 있다.
  • Fe2+/Fe3+ – 헤모글로빈에서 발견되는 것처럼 주요 산소 운반 분자는 중심에 철 이온을 가지고 있다.
  • NO−
    3     – 식물에서 단백질 합성을 위한 질소의 공급원이다.

무기 이온의 생물학적 기능[편집]

이온 통로[편집]

K+ 통로[편집]

칼륨 통로는 막 전위를 유지하는 데 중요한 역할을 한다. 이러한 이온 통로는 다양한 생물에 존재한다. 칼륨 통로는 보통 근육 이완, 고혈압, 인슐린 분비 등을 포함한 많은 과정에서 세포 수준의 조절에서 역할을 한다.[7] 생물체 내의 칼륨 통로의 예로는 ATP-감수성 칼륨 통로, 큰 칼륨 통로, 에터-아-고-고 칼륨 통로가 있다.[7]

Na+ 통로[편집]

나트륨 통로는 세포 및 세포 내 수준에서 자극에 대한 탈분극을 전달하기 때문에 중요하다. 나트륨 통로는 나트륨 이온이 운동 및 인지와 같은 훨씬 더 집중적인 과정을 조정할 수 있도록 한다.[8] 나트륨 통로는 다양한 소단위체로 구성되어 있지만 기본적인 소단위체만 기능에 필요하다.[8] 이러한 나트륨 통로는 4개의 내부 상동 도메인으로 구성되어 있으며, 각 도메인은 6개의 막횡단 부분을 포함하며 전압 개폐 칼륨 통로의 단일 소단위체와 유사하다.[8] 4개의 도메인이 함께 접혀서 중앙에 구멍을 형성한다.[8] 나트륨 통로의 중앙의 구멍은 통로의 선택성을 결정한다. 이온의 반경과 이온의 전하는 둘 다 통로의 선택성에 중요하다.[8]

Cl− 통로[편집]

염소 통로는 음이온인 염소 이온에 의해 통제되기 때문에 다른 많은 이온 통로와 다르다. 염소 통로는 생체막을 가로질러 염소 이온을 촉진 확산시키는 막 단백질이다.[9] 염소 통로는 세포막을 가로질러 이온을 수송하기 위한 방식으로 전압 개폐 메커니즘과 리간드 개폐 메커니즘을 모두 사용한다.[9] 염소 통로는 사람의 질병 발병에 중요한 역할을 하는 것으로 밝혀졌다. 예를 들어 염소 통로를 암호화하는 유전자의 돌연변이는 낭포성 섬유증, 골다공증 및 간질을 포함한 근육, 콩팥, 뼈, 뇌에 다양한 질병을 유발한다. 유사하게 이들의 활성화는 뇌에서 신경교종의 진행과 적혈구에서 말라리아 기생충의 생장에 관여하는 것으로 추정된다.[9] 현재 염소 통로는 완전히 이해되지 않았으며 더 많은 연구가 필요하다.

같이 보기[편집]

각주[편집]

  1. ↑ “Inorganic Ions”. RSC. 
  2. ↑ 가 나 다 Bray, Tammy M.; Bettger, William J. (1990년 1월 1일). “The physiological role of zinc as an antioxidant”. 《Free Radical Biology and Medicine》 8 (3): 281–291. doi:10.1016/0891-5849(90)90076-U. ISSN 0891-5849. PMID 2187766. 
  3. ↑ 가 나 다 Levy, Barry S.; Nassetta, William J. (2003년 4월 1일). “Neurologic Effects of Manganese in Humans: A Review”. 《International Journal of Occupational and Environmental Health》 9 (2): 153–163. doi:10.1179/oeh.2003.9.2.153. ISSN 1077-3525. PMID 12848244. 
  4. ↑ 가 나 Battaglia, Valentina; Compagnone, Alessandra; Bandino, Andrea; Bragadin, Marcantonio; Rossi, Carlo Alberto; Zanetti, Filippo; Colombatto, Sebastiano; Grillo, Maria Angelica; Toninello, Antonio (March 2009). “Cobalt induces oxidative stress in isolated liver mitochondria responsible for permeability transition and intrinsic apoptosis in hepatocyte primary cultures” (PDF). 《The International Journal of Biochemistry & Cell Biology》 41 (3): 586–594. doi:10.1016/j.biocel.2008.07.012. hdl:10278/33504. 
  5. ↑ 가 나 Karovic, Olga; Tonazzini, Ilaria; Rebola, Nelson; Edström, Erik; Lövdahl, Cecilia; Fredholm, Bertil B.; Daré, Elisabetta (March 2007). “Toxic effects of cobalt in primary cultures of mouse astrocytes”. 《Biochemical Pharmacology》 73 (5): 694–708. doi:10.1016/j.bcp.2006.11.008. PMID 17169330. 
  6. ↑ Ortega, Richard; Bresson, Carole; Fraysse, Aurélien; Sandre, Caroline; Devès, Guillaume; Gombert, Clémentine; Tabarant, Michel; Bleuet, Pierre; Seznec, Hervé (2009년 7월 10일). “Cobalt distribution in keratinocyte cells indicates nuclear and perinuclear accumulation and interaction with magnesium and zinc homeostasis”. 《Toxicology Letters》 188 (1): 26–32. doi:10.1016/j.toxlet.2009.02.024. ISSN 0378-4274. PMID 19433266. 
  7. ↑ 가 나 Hoth, Markus; Flockerzi, Veit; Stühmer, Walter; Pardo, Luis A.; Monje, Francisco; Suckow, Arnt; Zawar, Christian; Mery, Laurence; Niemeyer, Barbara A. (2001년 7월 1일). “Ion channels in health and disease: 83rd Boehringer Ingelheim Fonds International Titisee Conference”. 《EMBO Reports》 2 (7): 568–573. doi:10.1093/embo-reports/kve145. ISSN 1469-221X. PMC 1083959. PMID 11463739. 
  8. ↑ 가 나 다 라 마 Marban, Eduardo; Yamagishi, Toshio; Tomaselli, Gordon F. (1998). “Structure and function of voltage-gated sodium channels”. 《The Journal of Physiology》 508 (3): 647–657. doi:10.1111/j.1469-7793.1998.647bp.x. ISSN 1469-7793. PMC 2230911. PMID 9518722. 
  9. ↑ 가 나 다 Gupta, Satya P.; Kaur, Preet K. (2011), Gupta, Satya Prakash, 편집., “Chloride Ion Channels: Structure, Functions, and Blockers”, 《Ion Channels and Their Inhibitors》 (Springer Berlin Heidelberg), 309–339쪽, doi:10.1007/978-3-642-19922-6_11, ISBN 9783642199226 
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