무기 이온
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1. 개요
무기 이온은 생명체 내에서 다양한 기능을 수행하는 이온을 의미한다. 칼슘 이온은 뼈와 치아의 구성 성분이며, 아연 이온은 항산화제 역할을 한다. 칼륨 이온은 삼투압 균형을 유지하고, 나트륨 이온은 칼륨과 유사한 역할을 한다. 망가니즈 이온은 단백질의 안정화에 기여하며, 마그네슘 이온은 엽록소의 구성 요소이다. 염화 이온은 낭포성 섬유증과 관련이 있으며, 탄산염 이온은 바다 생물의 껍질을 구성한다. 코발트는 비타민 B12의 필수 성분이며, 인산염은 에너지 저장 분자인 ATP와 뼈의 구성 성분이다. 철 이온은 헤모글로빈의 산소 운반에 관여하며, 질산염은 식물에서 단백질 합성을 위한 질소 공급원이다. 무기 이온은 이온 통로를 통해 세포 기능을 조절하며, 칼륨, 나트륨, 염소 통로가 중요한 역할을 한다.
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| 무기 이온 | |
|---|---|
| 일반 정보 | |
| 화학식 | Xn± |
| 설명 | 전하를 띤 원자 또는 분자 |
| 유형 | 원자, 분자 |
| 분류 | 화학 종 |
| 목록 | |
| 주요 무기 이온 | 수소 이온 (H (OH (F (Cl (Br (I (CO (PO (NO (Na (K (Mg (Ca (2+}]) [[망간 이온 (2+}]) [[철 이온 (2+}}] 및 [[Fe (2+}]) [[구리 이온 ( |
| 역할 | |
| 생물학적 역할 | 항산화제 (아연 이온) 신경학적 기능 (망간 이온) |
2. 무기 이온의 예
- Calcium|칼슘영어 (Ca2+) – 칼슘 이온은 뼈와 치아의 구성 요소이며, 다른 무기 이온들과 마찬가지로 생물학적 메신저 역할을 한다. (저칼슘혈증 참조)
- Zinc|아연영어 (Zn2+) – 아연 이온은 체내에서 아주 낮은 농도로 발견되며, 주요 기능은 항산화제이다.[11] 아연 이온은 일반적, 그리고 간 특이적 산화촉진제 모두에 대해 항산화제로 작용하며, 특히 시스테인이 풍부한 결합 부위에서 높은 친화력으로 결합하는 일부 거대 분자에 대한 항산화제 유사 안정제로 작용한다.[11] 이러한 결합 부위는 아연 이온을 단백질 접힘에 대한 안정제로 사용하여 단백질 모티프를 구조적으로 더 견고하게 만들며, 여기에는 여러가지 입체 구조를 갖는 아연 집게가 포함된다.[11]
- Manganese|망가니즈영어 (Mn2+) – 망가니즈 이온은 다양한 단백질의 입체 형태를 위한 안정제로 사용되는 것으로 보이나, 과다 노출은 파킨슨병과 같은 여러 신경퇴행성 질환과 관련이 있다.[12]
- Magnesium|마그네슘영어 (Mg2+) – 마그네슘 이온은 엽록소의 구성 요소이다. (저마그네슘혈증 참조)
- Carbonate|탄산염영어 () – 바다 생물 껍질의 주성분은 탄산 칼슘이다. 혈액에서 이산화 탄소의 약 85%는 탄산염 이온(산성 용액)으로 전환되어 더 빠른 속도로 이동한다.
- Cobalt|코발트영어 (Co2+) – 코발트 이온은 1~2 mg의 양으로 인체에 존재하며, 심장, 간, 콩팥, 지라에서 발견된다.[13][14] 이자, 뇌, 혈장에서는 상당히 적은 양이 발견된다.[13][14] 코발트는 비타민 B12의 필수 구성 성분이자 세포의 체세포 분열에서의 기본적인 조효소이며, 아미노산 형성에 중요하고 일부 단백질은 신경 세포에서 말이집을 생성한다.[15][12] 또한 생물체 내에서 적절한 기능에 필수적인 신경전달물질을 생성하는 역할을 한다.[12]
- Phosphate|인산염영어 () – 아데노신 삼인산(ATP)은 접근 가능한 형태로 에너지를 저장하는 일반적인 분자이며, 뼈는 인산 칼슘으로 구성되어 있다.
- Iron|철영어 (Fe2+/Fe3+) – 헤모글로빈에서 발견되는 것처럼 주요 산소 운반 분자는 중심에 철 이온을 가지고 있다.
- Nitrate|질산염영어 () – 식물에서 단백질 합성을 위한 질소의 공급원이다.
2. 1. 칼륨 (K+)
칼륨 이온 통로는 막의 전기적 전위를 유지하는 데 중요한 역할을 한다. 이러한 이온 통로는 다양한 생물학적 시스템에 존재한다. 이들은 종종 근육 이완, 고혈압, 인슐린 분비 등 많은 세포 수준의 과정 조절에 관여한다.[7] 생물학적 시스템 내의 칼륨 이온 통로의 몇 가지 예로는 KATP 통로, BK 통로 및 ether-a-go-go 칼륨 통로가 있다.[7]2. 2. 나트륨 (Na+)
나트륨 이온 통로는 세포 및 세포 내 수준에서 탈분극 자극을 전달하여 신체 전체에 필수적인 역할을 한다. 이를 통해 나트륨 이온은 운동 및 인지와 같은 더 강렬한 과정을 조율할 수 있다.[8] 나트륨 이온 통로는 다양한 소단위체로 구성되지만, 기능에는 주 소단위체만 필요하다.[8] 이 통로는 4개의 내부 상동 도메인으로 구성되며, 각 도메인은 6개의 막 관통 세그먼트를 포함하고 전압 의존성 칼륨 이온 통로의 단일 소단위체와 유사하다.[8] 4개의 도메인이 함께 접혀 중앙 기공을 형성한다.[8] 중앙 기공은 통로의 선택성을 결정하며, 이온 반경과 이온 전하 모두 통로 선택성의 핵심이다.[8]2. 3. 염소 (Cl−)
염화 이온 통로는 음이온인 염화 이온에 의해 제어된다는 점에서 다른 많은 이온 통로와 다르다. 염화 이온 통로는 생물학적 막을 가로질러 염화 이온의 수동 수송을 허용하는 기공 형성 막 단백질이다.[9] 세포막을 가로질러 이온을 수송하기 위해 전압 개폐 이온 통로와 리간드 개폐 이온 통로 메커니즘을 모두 포함한다.[9] 염화 이온 통로는 인간 질병 발달에 중요한 역할을 하는 것으로 밝혀졌다. 예를 들어, 염화 이온 통로를 암호화하는 유전자의 돌연변이는 낭포성 섬유증, 골다공증, 간질을 포함하여 근육, 신장, 뼈, 뇌에서 다양한 유해한 질병을 유발하며, 이와 유사하게 활성화는 뇌에서 교종의 진행과 적혈구에서 말라리아 기생충의 성장을 담당하는 것으로 추정된다.[9]3. 무기 이온의 생물학적 기능
무기 이온은 생체 내에서 다양한 기능을 수행하며, 특히 세포막에 존재하는 단백질인 이온 통로의 역할이 중요하다. 이온 통로는 특정 이온을 선택적으로 통과시켜 세포 내외의 이온 농도와 막 전위를 조절한다.
칼륨 통로는 막 전위를 유지하고 근육 이완, 고혈압, 인슐린 분비 등 세포 수준 조절에 관여한다. 나트륨 통로는 탈분극 자극을 전달하여 운동 및 인지 기능을 돕는다. 염소 통로는 음이온인 염소 이온을 조절하며, 전압 개폐 메커니즘과 리간드 개폐 메커니즘을 통해 생체막을 가로질러 염소 이온의 촉진 확산을 일으킨다. 염소 통로에 이상이 생기면 낭포성 섬유증, 골다공증, 간질 등 다양한 질병이 발생할 수 있다.
3. 1. 이온 통로
이온 통로는 세포막에 존재하는 단백질로, 특정 이온을 선택적으로 통과시켜 세포 내외의 이온 농도와 막 전위를 조절하는 역할을 한다.3. 1. 1. 칼륨 (K+) 통로
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.[16] 생물체 내의 칼륨 통로의 예로는 ATP-감수성 칼륨 통로, 큰 칼륨 통로, 에터-아-고-고 칼륨 통로가 있다.[16]3. 1. 2. 나트륨 (Na+) 통로
나트륨 통로는 세포 및 세포 내 수준에서 탈분극 자극을 전달하여 신체 전체에 필수적인 역할을 한다.[8] 이를 통해 나트륨 이온은 운동 및 인지와 같은 더 강렬한 과정을 조율할 수 있다.[8] 나트륨 이온 통로는 다양한 소단위체로 구성되지만, 기능에는 주 소단위체만 필요하다.[8] 이 나트륨 이온 통로는 4개의 내부 상동 도메인으로 구성되며, 각 도메인은 6개의 막 관통 세그먼트를 포함하고 있으며 전압 의존성 칼륨 이온 통로의 단일 소단위체와 유사하다.[8] 4개의 도메인이 함께 접혀 중앙 기공을 형성한다.[8] 나트륨 이온의 중앙 기공은 통로의 선택성을 결정하며, 이온 반경과 이온 전하 모두 통로 선택성의 핵심이다.[8]3. 1. 3. 염소 (Cl−) 통로
염소 통로는 음이온인 염소 이온에 의해 통제되기 때문에 다른 많은 이온 통로와 다르다. 염소 통로는 생체막을 가로질러 염소 이온을 촉진 확산시키는 막 단백질이다.[18] 염소 통로는 세포막을 가로질러 이온을 수송하기 위한 방식으로 전압 개폐 메커니즘과 리간드 개폐 메커니즘을 모두 사용한다.[18]염화 이온 통로는 음이온 염화 이온에 의해 제어된다는 점에서 다른 많은 이온 통로와 다르다. 염화 이온 통로는 생물학적 막을 가로질러 염화 이온의 수동 수송을 허용하는 기공 형성 막 단백질이다.[9] 염화 이온 통로는 세포막을 가로질러 이온을 수송하기 위해 전압 개폐 이온 통로와 리간드 개폐 이온 통로 메커니즘을 모두 포함한다.[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.[18][9] 현재 염소 통로는 완전히 이해되지 않았으며 더 많은 연구가 필요하다.
참조
[1]
웹사이트
Inorganic Ions
http://www.rsc.org/E[...]
RSC
[2]
논문
The physiological role of zinc as an antioxidant
1990-01-01
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Neurologic Effects of Manganese in Humans: A Review
2003-04-01
[4]
논문
Cobalt induces oxidative stress in isolated liver mitochondria responsible for permeability transition and intrinsic apoptosis in hepatocyte primary cultures
https://iris.unive.i[...]
2009-03-01
[5]
논문
Toxic effects of cobalt in primary cultures of mouse astrocytes
2007-03-01
[6]
논문
Cobalt distribution in keratinocyte cells indicates nuclear and perinuclear accumulation and interaction with magnesium and zinc homeostasis
2009-07-10
[7]
논문
Ion channels in health and disease: 83rd Boehringer Ingelheim Fonds International Titisee Conference
2001-07-01
[8]
논문
Structure and function of voltage-gated sodium channels
https://archive.org/[...]
1998-01-01
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서적
Chloride Ion Channels: Structure, Functions, and Blockers
Springer Berlin Heidelberg
2011-01-01
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