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[학술] 선택적이온투과에 대하여
회원작성글 알린(일반인)
  (2019-12-10 00:00)

나트륨 원자가 칼륨원자보다 크기가 작음에도 불구하고 나트륨이 칼륨이온통로를 통과하지 못하는 이유가 이온통로에는 이온선택성 필터가 있기 때문이라고 하는데, 이에 대해 잘 이해가 가지 않아 혹시 자세히 아시는 분은 설명해주시면 감사하겠습니다...! 그리고 한가지 질문이 더 있는데, 세포막을 통과하기전, 나트륨이온과 칼륨이온 모두 물분자와 결합한 상태인데, 이 두 이온이 세포 안으로 들어가려면 이 물분자를 떨어뜨려야만 이온통로를 통해 세포막안으로 유입될 수 있나요?



태그  #이온투과   #선택적이온투과
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  댓글 4  
회원작성글 강시(과기인)  (2019-12-10 08:58)
1
나트륨과 칼륨은 같은 1가 양이온이지만 크기가 다릅니다.
칼륨에 비해 나트륨이 훨씬 작은 크기입니다.
채널의 입장에서 보면 큰 이온도 1가 양이온, 작은 이온도 1가 양이온.
원지크기 당 이온가를 보면 나트륨의 이온이 더 강한 양이온입니다.
그게 이유라고 오래전 설명을 들은 것이 기억납니다.
양성자의 경우 나트륨이나 칼륨보다 크기는 엄청나게 작으나 역시 1가 양이온입니다.
원자 크기 다 이온가를 보면 나트륨이나 칼륨보다 엄청나게 강한 양이온입니다.
그래서 막을 통고할때, 정확히는 채널을 통과할때 에너지를 사용하는 거지요.

이온이 물과 결합한다는 것은 이온과 물분자가 이온결합을 한다는 의미이지 공유결합처럼 단단히 붙어있다는 말은 아닙니다.
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회원작성글 알린(일반인)  (2019-12-10 18:21)
2
답변 정말 감사드려요...!! 그런데 제가 화학의 기초를 잘 모르는터라, "양성자의 경우 나트륨이나 칼륨보다 크기는 엄청나게 작으나 역시 1가 양이온이다"라는 것이 잘 이해가 가지 않는데요..ㅠㅠ
1.양성자는 원자의 핵을 구성하는 것이고, 양이온은 결과적으로 원자가 전자를 잃어 양전하를 띄는 것을 의미하므로.수소이온을 제외하고는 양성자와 양이온의 개념은 통합해서 쓸 수 없는 것 아닌가요?
2. 그리고 왜 강한 양이온은 채널을 통과할때 에너지를 사용해야 하나요?
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구글회원 작성글 Ja**********(비회원)  (2019-12-10 10:24)
3
본글과 댓글에 좀 더 보충 설명을 드리면.

말씀하신대로
나트륨이나 칼륨 이온 모두 물에서는 단일 이온으로 존재 하는 것이 아니라
양의 전기를 띄고 있으므로 산소 원자를 맞닫는 형태로 물분자가 해당 이온들을 둘러 쌓고 있습니다.

이것을 억지로 떼어 내려면 많은 에너지가 요구 될 것입니다.
반대로 생각하면 다른 무언가가 비슷한 형태 (비슷한 에너지 레벨) 로 칼륨 이온을 받아낼 수 있다면
물분자가 쉽게 떨어질수 있다는 거죠.

칼륨 이온을 기준으로 칼륨 채널의 내부의 크기와 구조는
에너지(칼륨-물분자) ~= 에너지 (칼륨-칼륨채널 내부) 을 만족하여
칼륨분자가 상대적으로 쉽게 물분자를 떼어내고 칼륨 내부 구조랑 결합을 하여 결론적으로 채널을 통과할 수 있는 반면 (헐 벗은 이온상태로)

반면에 나트륨이온은 이온 크기 자체는 채널 안보다는 작지만 나트륨 이온-물분자 같이 가기엔 또 너무 커서 칼륨 채널을 통과하기 위해 물분자를 벗고 지나가야 합니다.
근데 에너지 (나트륨 -물분자) << 에너지(나트륨-칼륨 채널 내부) 인 상태라
열역학적으로 세포 내외부의 농도 차의 에너지 수준으로는 이 에너지를 넘지 못해서 그렇습니다.

그리고 채널은 말 그대로 통로이기 때문에 채널 자체가 에너지를 사용 한다기 보다는
세포내외부의 걸려있는 해당 이온의 화학적-전압 경사에 의해서 흘러간다는 표현이 더 정확 할 것 같습니다.

에너지를 사용하는 다른 적절한 예로는 나트륨/칼륨 펌프가 있는데 이 펌프는 세포내의 ATP를 이용하여
나트륨을 세포 밖으로 퍼내고 칼륨이온은 세포 내로 들여보내는 역할을 수행 해서
세포 내외부의 나트륨/칼륨 경사를 보존해주는 역할을 합니다.
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회원작성글 알린(일반인)  (2019-12-10 23:13)
4
답변 정말 감사합니다!! 그런데 질문이 더 있는데요..ㅠㅠ
1. 나트륨이온이 물분자와 결합된 상태는 칼륨채널을 통과하기에는 크다고 하셨는데, 이는 칼륨이온과 물분자가 결합된 상태에서도 적용이 되나요?(즉, 물분자와 결합한 칼륨도 채널을 통과하기에는 크기가 커, 물분자를 떼어내고 지나가야 하나요?)
2. 에너지(칼륨-물분자) ~= 에너지 (칼륨-칼륨채널 내부) 을 만족하여 칼륨이온이 물분자와 떨어져, 내부구조와 결합하여 통과할 수 있다고 하셨는데, 칼륨의 내부구조는 칼륨과 물분자가 결합된 상태보다 에너지가 더 높아야 물분자가 떨어질 수 있는 것 아닌가요? 둘의 에너지가 같은 상태이면, 물 분자가 떨어질 수 없지 않나요? 그리고 왜 등식에서 (칼륨-칼륨채널 내부) 인가요? 에너지 비교는 칼륨-물분자와 칼륨채널만을 가지고 비교해야하는 것 아닌가요?
3.에너지 (나트륨 -물분자) << 에너지(나트륨-칼륨 채널 내부) 인 상태라
열역학적으로 세포 내외부의 농도 차의 에너지 수준으로는 이 에너지를 넘지 못한다고 하셨는데, 사실 이부분이 잘 이해가 가지 않습니다..ㅠㅠ 열역학적으로 라는 의미와, 농도차의 에너지는 정확히 무슨 의미이고, 열역학법칙 중 무엇을 말씀하신 건가요?
너무 긴 질문글이여서 죄송합니다..ㅠㅠ
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