Mechanisms of proton secretion by carbonic anhydrase-containing cells in turtle bladder

국문 초록 (Abstract)

Turtle bladder 상피세포(上皮細胞)의 수송기작(輸送機作)을 in vitro에서 효과적으로 연구하기 위하여 Lucite chamber 한가운데 상피조직을 두고 전압고정법(電壓固定法)을 적용하여 상피 세포층의 막전위(膜電位)를 측정한 후 급속 동결(凍結)하고 투과 및 주사형 전자현미경(電子顯微鏡)으로 탄산 탈수효소를 함유하는 세포의 표면막 특성을 분석(分析)하였다. 방광(膀胱)의 점막층(粘膜層)은 두 타입의 탄산탈수효소를 함유한 세포가 특징적인데 정단부(丁端部)와 기저부(基底部) 세포막에서는 각기 다른 수송의 특성을 나타내고 있다. 즉 ${\alpha}$ 및 ${\beta}$형 탄산탈수효소가 풍부한 세포는 정단세포막(丁端細胞膜)의 proton 펌프를 이용하여 $H^+$ 분필(分泌)에 관여하거나 bicarbonate의 재흡수(再吸收) 기능을 가지는 것으로 믿어진다. 본 연구에서 탄산탈수효소를 함유한 ${\alpha}$형의 세포의 proton 분필수송(分泌輸送)과 세포막 투과성 변화와의 상관관계를 관찰하였는 바, 이들 세포에서 $H^+$을 분비하는 과정에서 정단부의 표면세포막(表面細胞膜) P-face에는 특이한 구조로서 세포막내(細胞膜內) 입자(粒子)들이 다량으로 분포하였다. 이와같은 세포막내(細胞膜內) 입자(粒子)들은 proton 펌프를 함유하는 것으로 생각되며 ${\beta}$형의 세포에서는 기저세포막(基底細胞膜)에서 관찰되고 있다. 이와같은 결과는 방광상피(膀胱上皮) 세포내 탄산탈수효소는 $H^+$과 $HCO_{3}^{-}$의 생성에 관여하지만, 특히 ${\alpha}$형 세포에서 정단세포막의 proton 펌프를 이용한 $H^{+}$ 분필수송(分泌輸送)과 기저세포막을 통한 bicarbonate의 재흡수(再吸收) 기능을 설명해 주는 중요한 사실로서 사료된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study was carried out to examine the $H^+$ transport mechanism by observing the properties of cellular membrane having an ${\alpha}$ type of carbonic anhydrase (CA)-containing cells in turtle urinary bladder. The urinary bladder consists of a heterogenous population of cells. As a result of fine observation with traditional thin-section electron microscopy. the bladder epithelium has three different cell types on mucosal surface. They are a basal cell, a granular cell and a third type of CA-rich cell. The CA-rich cells are divided into two distinct smaller groups within them and called them ${\alpha}$ type and ${\beta}$ type of CA cells. The ${\alpha}$ type of CA cells are responsible for the proton secretion using the proton pumps on the apical plasma membrane, while the ${\beta}$ type of CA cells secrete bicarbonate via an oppositely-directed proton pumps in their basolateral plasma membrane. After performing the freeze-fracture technique, it was shown that there were distributed a large number of intramembranous particles having a special structure on the apical membrane of ${\alpha}$ type of CA-rich cells in the process of their $H^+$ secretion. In turtle bladder ${\alpha}$ type of CA-rich cells, this particle was the only prominent structure in the apical membrane. These intramembrane rod-shaped particles probably represent the integral membrane components of the proton pump. This result may explain that carbonic anhydrase within epithelial cell of urinary bladder takes part in formation of $H^+$ and bicarbonate, that active transport of $H^+$ is done, and that the reabsorption of bicarbonate suggests transport mechanism containing $H^+$ secretion. However, it seems that more studies are required for considering their regular transport pathway.