Benzyl alcohol이 세포막의 형태 및 calcium 이온 이동에 미치는 영향

Abstract

Benzyl alcohol은 중성 물질이지만 50mM 이하의 낮은 농도에서는 주로 적혈구의 안쪽 monolayer에 선호적으로 결합하고 그 이상의 농도에서는 막의 양쪽에 모두 결합하므로 결합부위에 따라 적혈구의 형태를 달리 변화시키는 것으로 알려져 있다. 이와 같이 benzyl alcohol이 세포막의 형태에 영향을 미친다면 세포막 내에 존재하는 단백질의 기능에도 영향을 미칠 것으로 생각되어 본 실험에 착수하게 되었고 다음과 같은 실험결과를 얻었다. 1. Benzyl alcohol은 50mM 이하의 농도에서 적혈구의 형태를 stomatocytic하게 변화시켰고 그 이상의 농도에서는 echinocytic 하게 변화시켰다. 2. Benzyl alcohol은 적혈구의 삼투성 용혈과 삼투적 용적변화를 모두 억제하였다. 3. Benzyl alcohol은 심장근 세포막에서 Bowditch Staircase 및 Woodworth Staircase 현상은 모두 억제하였다. 4. Benzyl alcohol은 적혈구막과 심장근 sarcoplasmic reticulum의 Ca^++ - ATPase 활성도를 모두 억제하였다. 이상의 실험결과로 보아 benzyl alcohol은 세포막에 결합하여 막의 구조를 변화시키기 때문에 세포막 내의 pore 및 Ca^++ 통로에 영향을 주어 수동적인 물의 이동과 Ca^++ 이온 이동을 억제하는 것으로 보이고, 막 구조의 변화는 세포막내의 intrinsic protein인 Ca^++ - ATPase의 기능에도 영향을 주어 세포막을 통한 Ca^++ 이온의 능동적인 이동까지도 억제하는 것으로 보인다. Benzyl alcohol이 세포막의 투과도와 Ca^++ 이온의 이동을 억제하는 기전은 세포막의 구조변화와 fluidity 증가에 의한 세포막의 "disordering effect" 및 Ca^++ - ATPase 분자의 세포막에서의 배열(orientation)과 밀접한 관계가 있는 것으로 보이는데, 이는 Ca^++ - ATPase 분자의 활성부위가 세포질에 많이 돌출되어 있으므로 benzyl alcohol이 세포막의 안쪽 monolayer에 결합하여 이 막을 팽창시킬 때에 Ca^++ - ATPase 활성부위의 구조적인 변화(conformational change)를 일으키는 것이 그 일차적인 원인이라고 생각된다. ; Benzyl alcohol is known t have dual effect on the red blood cell shape change. At low concentration up to 50mM benzyl alcohol transformed the shape from discocyte to stomatocyte by preferent binding to the inner hemileaflet, however, at higher concentratransformed the shape from discocyte to stomatocyte by preferential binding to the inner monolayer, however, at higher concentration above 50mM benzyl alcohol transformed to echinocyte by affecting both monolayers. These results suggest that benzyl the effect of benzyl alcohol on the red blood cell shape and Ca^++ transport across cardiac cell membranes to assess the effects of the drug on the structures and functions of the biological cell membranes. The results are as follows: 1. Benzyl alcohol up to 40mM caused progressive stomatocytic shape change of the red blood cell but above 50mM benzyl alcohol caused echinocytic shape change. 2. Benzyl alcohol up to 40mM inhibited both osmotic hemolysis and osmotic volume change of the red blood cell in hypotonic and hypertonic NaCl solutions, respectively. 3. Benzyl alcohol inhibited both Bowditch Staircase and Woodworth Staircase phenomena at rat left auricle. 4. Benzyl alcohol at concentration of 5mM increased Ca^++ - ATPase activity of red blood cell ghosts slightly but above 5mM benzyl alcohol inhibited the Ca^++ - ATPase activity. 5. Benzyl alcohol at concentrations of 5mM and 10mM increased Ca^++ - ATPase activity slightly at rat gastrocnemius muscle S.R. but above 10mM benzyl alcohol inhibited the Ca^++ - ATPase activity. Above results indicate that benzyl alcohol inhibit water permeability and Ca^++ transport across cell membranes in part via effects on the fluidity and transition temperatures of the bulk lipid by preferential intercalation of benzyl alcohol into cytoplasmic monolayer and in part via other effect on the conformational change of active sites of the Ca^++ - ATPase molecule extended in cytoplasmic face.