<div><p class="cafe-editor-text"><br></p><p class="cafe-editor-text">야겐도르프의 실험은 암반응 조건 하에서 진행되는 것에 대해 질문드립니다. </p><p class="cafe-editor-text">암반응 하에서 실험을 실시하는 이유는 명반응에 의해 양성자 펌핑이 일어나는 것을 배제하기 위해서라고 생각합니다.</p><p class="cafe-editor-text">전공서에서는 암반응이라는 조건만 제시되어 있어 의견을 물어보려 합니다.</p><p class="cafe-editor-text">어떻게 생각하시나요? </p><p class="cafe-editor-text"><br></p><p class="cafe-editor-text">------♡ 서로 배려하는 물화생지 ♡------ (지우지 마세용)<br><br>1. 답변 달아주신 분께 감사의 댓글은 필수!<br><br>2. 모두 볼 수 있도록 비밀댓글은 금지!<br><br>3. 답변을 받은 후 질문글 삭제하지 않기!<br><br>4. 질문 전에 검색해보기! 질문은 구체적으로!<br><br>------♡ 서로 배려하는 물화생지 ♡------ (지우지 마세용)</p></div><p><br></p><p><br></p>
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관련 글을 읽다 KCl의 기능에 대해 혼란이 생겨 추가 질문드립니다. K+가 H+의 펌핑에 의해 생기는 막전위 차이를 어느 정도 상쇄시켜 막을 경계로 더 큰 양성자 농도 차이를 형성할 수 있게 하는 것으로 알고 있습니다. 첨부된 자료에서는 오히려 전하 불균형을 초래한다고 제시되어 있습니다. 오개념을 갖고 있는 건가요?
먼저 다른 강사분들 모의고사에서 제시된 발리노마이신 관련 문제와 관련한 질문이었습니다. 그런데 제가 오개념을 가지고 있던 것이라 생각합니다. 앞서 제가 제시한 설명 중 '막전위 차이 상쇄'라는 부분이 잘못된 것 같습니다. 새로운 개념을 바탕으로 선생님께서 제시한 그림 자료에 대해 해석을 해보았는데, K+과 H+ 수송의 전후관계가 맞는지 잘 모르겠습니다. 제가 이해한 바는 다음과 같습니다.
pH 9의 용액으로 옮겨진 경우 막을 경계로 미토콘드리아 막간공간의 K+ 농도는 0이며, 기질의 K+ 농도는 0.1M이므로 발리노마이신에 의해 K+가 기질에서 막간공간으로 수송된다. 이로 인해 미토콘드리아 내막을 경계로 안쪽 부분이 (-) 전하를 띠는 전위차가 형성되어 전위차에 의한 자유에너지가 형성되고, 양성자구동력이 형성되어 H+-ATPase를 통해 H+가 미토콘드리아 내강 쪽으로 수송된다. 이로 인해 막을 경계로 더 큰 양성자 농도 차이가 형성된다.
발리노마이신에 의해 K+는 막사이 공간으로 유출되고 미토 기질은 음전하를 띠게 됩니다(전하의 불균형). 더불어 H+도 이동합니다. 이 때 H+의 구동력은 첫째, 전기적 기울기(발리노마이신을 통한 K+ 유출에 의한 전하의 분균형, 내부의 음전하), 둘째, 화학적(H+ 농도차, 밖고 안저) 기울기입니다. 이렇게 H+ 가 유입되며 이 때 ATP를 생성하게 됩니다.
추가적인 질문이 자꾸 생기네요.... 조건을 달리 할 경우 도출되는 결론은 무엇인지에 대해 질문드립니다. 만약 평형화를 위해 pH7이고 K+의 농도가 0.1M인 용액을 처리하고, 이후 미토콘드리아를 pH7이고 K+는 포함되지 않고 발리노마이신이 포함된 용액으로 옮기는 조건 하에서 동일한 실험을 수행한다면 '발리노마이신의 작용에 의한 전하의 불균형이 형성되어 H+가 막간공간에서 기질으로 능동수송된다. 따라서 막을 경계로 양성자의 농도 차이가 더 커진다.'라고 해석할 수 있을까요?
이 실험의 최종적인 결론은 '막을 경계로 한 양성자 농도 구배 형성' 이 아니고, (pH7용액에 넣은 처치가 농도 구배를 형성시키는 행위이고 이후 이 구배를 감소시키는 과정에서 ATP 생성)
이 실험의 최종적인 결론은 (책 내용을 옮기면) '인위적으로 생성된 양성자 기울기는 ATP 합성을 유도할 수 있다, 즉 전자전달계를 대체할 수 있다' 입니다. 이는 실험적으로 증명되었다.(레닌져 그림) 미토콘드리아 내막에서의 전하 분리와 양성자 농도 차이는 산화할 수 있는 기질(NADH, FADH2)이 없어도 ATP를 생성할 수 있게 한다.
선생님께서 진짜 세세히 설명해주셔서 발리노마이신을 비롯한 물질 수송에 대해서 보다 확실히 이해할 수 있었고, 실험을 해석하는 능력 또한 보다 발전시킬 수 있었습니다. 오개념에서 비롯된 작은 질문을 구체적인 실험에 대한 질문으로 확장시켰음에도 불구하고 정말 세세히 알려주셔서 감사드립니다! 다음 질문 글을 올릴 때는 알고자 하는 바가 무엇인지 보다 확실히 드러날 수 있도록 작성하겠습니다! 오개념과 오타로 혼란을 드려 죄송하고, 도와주셔서 감사합니다!
칼륨 농도차이로 인한 이동으로 일시적인 막전위가 발생하지만 이것은 일시적일 뿐입니다. 계속 유지되지 않습니다. K+의 농도가 안팎으로 같아지면 막전위도 사라지고 전기적 구배도 사라집니다. 그러면 양성자도 전기적 구배에는 더이상 영향을 받지 않고 본인의 농도 구배에 따라 다시 이동할 것입니다.
일시적인 막전위 형성(일시적인 안쪽 음전하)에 의해 초기에 양성자가 안으로 이동하지만 곧 양성자도 안팎이 같아지며 평형이 될겁니다. 들어갔던 애들이 다시 나오겠네요.
그래서 실험2의 결과를 양성자 농도 차이가 더 커진다고 할 수 없습니다. 결국엔 평형이 되니까요.
첫댓글 '암반응 조건'이 아니라
그냥 '암조건' 아닌가요?
야겐도르프 실험은 화학삼투를 증명한 실험입니다.
전자전달계가 없어도 인위적인 양성자 농도 구배가 있으면 ATP가 생성됨을 증명한 실험입니다.
즉 양성자 펌핑 배제가 맞습니다.
같은 원리의 실험을 미토콘드리아로도 합니다
참고 질문
http://cafe.daum.net/S2000/bS7/13317
화학삼투로 검색하시면 참고하실만한 글이 많이 나올 거예요.
암조건 맞습니다. 올바른 개념 알려주셔서 감사합니다.
관련 글을 읽다 KCl의 기능에 대해 혼란이 생겨 추가 질문드립니다.
K+가 H+의 펌핑에 의해 생기는 막전위 차이를 어느 정도 상쇄시켜 막을 경계로 더 큰 양성자 농도 차이를 형성할 수 있게 하는 것으로 알고 있습니다. 첨부된 자료에서는 오히려 전하 불균형을 초래한다고 제시되어 있습니다.
오개념을 갖고 있는 건가요?
@2020생물쌤 실험조건을 잘 보시면 될 것 같습니다.
초기 농도(KCl 평형 상태), 발리노마이신(이오노포어), 인위적인 pH 변화 등
정상적인 세포(미토콘드리아) 상태이 아닌 실험조건에서
인위적인 화학적 전기적 기울기가 형성되었습니다.
그림 설명이 굉장히 잘 되어있습니다.
텍스트 그대로 이해하시면 될 것 같습니다.
질문)
K+가 H+의 펌핑에 의해 생기는 막전위 차이를 어느 정도 상쇄시켜 막을 경계로 더 큰 양성자 농도 차이를 형성할 수 있게 하는 것으로 알고 있습니다.
답변)
어느 책에 나오는 내용인지 알려주시겠어요.
조건이 정확하지 않아서 해석이 안되네요.
초기조건이 다른데 결과를 같게 해석하면 안될 것 같습니다.
예를 들면 고칼륨혈증은 안팎의 K+농도가 다른 경우이고,
위의 실험은 초기 농도 같게 하고 시작했어요.
외부 pH를 바꾸어 주면서 H+가 유입되고 K+가 발리노마이신을 통해 유출되었습니다.
먼저 다른 강사분들 모의고사에서 제시된 발리노마이신 관련 문제와 관련한 질문이었습니다.
그런데 제가 오개념을 가지고 있던 것이라 생각합니다. 앞서 제가 제시한 설명 중 '막전위 차이 상쇄'라는 부분이 잘못된 것 같습니다.
새로운 개념을 바탕으로 선생님께서 제시한 그림 자료에 대해 해석을 해보았는데, K+과 H+ 수송의 전후관계가 맞는지 잘 모르겠습니다. 제가 이해한 바는 다음과 같습니다.
pH 9의 용액으로 옮겨진 경우 막을 경계로 미토콘드리아 막간공간의 K+ 농도는 0이며, 기질의 K+ 농도는 0.1M이므로 발리노마이신에 의해 K+가 기질에서 막간공간으로 수송된다. 이로 인해 미토콘드리아 내막을 경계로 안쪽 부분이 (-) 전하를 띠는 전위차가 형성되어 전위차에 의한 자유에너지가 형성되고, 양성자구동력이 형성되어 H+-ATPase를 통해 H+가 미토콘드리아 내강 쪽으로 수송된다. 이로 인해 막을 경계로 더 큰 양성자 농도 차이가 형성된다.
이와 같은 과정을 설명하고 있는 것이 맞나요? 또한 최종적인 결론을 막을 경계로 한 양성자 농도 구배 형성으로 보는 것이 맞을까요? ATP 생성이라 설명하는 것이 더 맞을 것 같다는 생각이 듭니다.
pH9에서 오랜 배양하는 것을 평형화라 합니다.
바탕질(미토 기질)과 막사이공간과 배지의 상태가 같아집니다.
이 원리는 야겐도르프 실험에서도 동일합니다.
초기에 평형화 과정을 거칩니다.
첫 줄 pH9라고 쓰신 부분, pH7을 pH9로 잘못 쓰신 것 맞나요?
네. 맞습니다! 잘못 써서 혼란을 드린 점 죄송합니다.
평형화된 상태에서 미토콘드리아를 K+가 없고 발리노마이신이 있는 pH7 용액에 넣습니다.
미토 외막은 투과성이 커서 막사이 공간의 용액 조정은 K+ 가 없으며, H+의 농도가 높은 상태로 바뀝니다.
발리노마이신에 의해 K+는 막사이 공간으로 유출되고 미토 기질은 음전하를 띠게 됩니다(전하의 불균형).
더불어 H+도 이동합니다.
이 때 H+의 구동력은
첫째, 전기적 기울기(발리노마이신을 통한 K+ 유출에 의한 전하의 분균형, 내부의 음전하),
둘째, 화학적(H+ 농도차, 밖고 안저) 기울기입니다.
이렇게 H+ 가 유입되며 이 때 ATP를 생성하게 됩니다.
첫 번째 요인에 초점을 맞추다보니 두 번째 요인을 간과하게 되네요. 이에 유의하겠습니다.
저도 이렇게 정리해 보았습니다.
정리해 보니 선생님께서 쓰신 내용과 비슷한 것 같습니다.
그리고 마지막에 밑줄친 부분은 고쳐져야 할 것 같습니다.
위의 반응은 계속되면(시간이 지날수록) 양성자농도 차이는 감소할 것입니다.
추가적인 질문이 자꾸 생기네요....
조건을 달리 할 경우 도출되는 결론은 무엇인지에 대해 질문드립니다. 만약 평형화를 위해 pH7이고 K+의 농도가 0.1M인 용액을 처리하고, 이후 미토콘드리아를 pH7이고 K+는 포함되지 않고 발리노마이신이 포함된 용액으로 옮기는 조건 하에서 동일한 실험을 수행한다면 '발리노마이신의 작용에 의한 전하의 불균형이 형성되어 H+가 막간공간에서 기질으로 능동수송된다. 따라서 막을 경계로 양성자의 농도 차이가 더 커진다.'라고 해석할 수 있을까요?
@2020생물쌤 내용이 길어져 아래에 씁니다
이 질문은 잘 이해하지 못했는데요.
이 실험의 최종적인 결론은
'막을 경계로 한 양성자 농도 구배 형성'
이 아니고,
(pH7용액에 넣은 처치가 농도 구배를 형성시키는 행위이고 이후 이 구배를 감소시키는 과정에서 ATP 생성)
이 실험의 최종적인 결론은
(책 내용을 옮기면)
'인위적으로 생성된 양성자 기울기는 ATP 합성을 유도할 수 있다, 즉 전자전달계를 대체할 수 있다' 입니다.
이는 실험적으로 증명되었다.(레닌져 그림)
미토콘드리아 내막에서의 전하 분리와 양성자 농도 차이는 산화할 수 있는 기질(NADH, FADH2)이 없어도 ATP를 생성할 수 있게 한다.
선생님의 설명이 완전 좋은 해답이 되었습니다. 최종적인 결론을 확실히 정리할 수 있었습니다. 감사합니다!
선생님께서 진짜 세세히 설명해주셔서 발리노마이신을 비롯한 물질 수송에 대해서 보다 확실히 이해할 수 있었고, 실험을 해석하는 능력 또한 보다 발전시킬 수 있었습니다.
오개념에서 비롯된 작은 질문을 구체적인 실험에 대한 질문으로 확장시켰음에도 불구하고 정말 세세히 알려주셔서 감사드립니다!
다음 질문 글을 올릴 때는 알고자 하는 바가 무엇인지 보다 확실히 드러날 수 있도록 작성하겠습니다! 오개념과 오타로 혼란을 드려 죄송하고, 도와주셔서 감사합니다!
pH7로 평형화한 후
K+가 없고 발리노마이신이 있고 pH7인 용액에 넣는 경우-실험2라고할게요
(굳이 할 필요가 없어보이지만 만약에 한다면^^)
발리노마이신을 통한 K+의 유출로 초기 내부 막전위가 음전하를 띠고 양성자는 내부로 이동합니다.
초기에는 양성자 농도가 안쪽이 높아질 수 있습니다. 근데 이것은 일시적인 현상입니다.
시간이 지나면 안팎이 결국 같아집니다.
이 때 막전위의 개념을 아는 것이 중요한데요.
막전위는 세포막 바로 근처에 얇은 층간의 상대적 전하 차이입니다.
막전위는 이온투과성에 의해 영향을 받습니다.
위 미토콘드리아 내막은 능동수송기작이 없기 때문에 시간이 지나면 결국 안팎의 이온 농도는 같아집니
칼륨 농도차이로 인한 이동으로 일시적인 막전위가 발생하지만 이것은 일시적일 뿐입니다.
계속 유지되지 않습니다.
K+의 농도가 안팎으로 같아지면 막전위도 사라지고 전기적 구배도 사라집니다.
그러면 양성자도 전기적 구배에는 더이상 영향을 받지 않고 본인의 농도 구배에 따라 다시 이동할 것입니다.
일시적인 막전위 형성(일시적인 안쪽 음전하)에 의해 초기에 양성자가 안으로 이동하지만 곧 양성자도 안팎이 같아지며 평형이 될겁니다. 들어갔던 애들이 다시 나오겠네요.
그래서 실험2의 결과를
양성자 농도 차이가 더 커진다고 할 수 없습니다.
결국엔 평형이 되니까요.
막전위 개념을 정확하게 잡고 싶으시면 '셔우드 생리학' 책을 추천합니다^^
이 책이 막전위의 기본 개념 설명이 잘 되어있어요.
더불어 이온채널이나 확산과 삼투와 같은 단백질 통로를 통한 물질의 이동에 관한 문제도 능동수송과 비교해서 풀어보세요.
아마 위의 문제를 이해하시는데 도움이 될 것입니다.
에너지를 쓰지 않는 이동 형태는 종국에는 평형이 됩니다.
일반세포의 막전위가 보통 음전하인 이유는 평상시(휴지전위)에 Na+-K+ pump(능동수송)가 관여하기 때문이지요^^
감사합니다. 다른 문제들을 통해 개념을 보다 확실히 알고 넘어가도록 하겠습니다.