细胞钠钾离子

1926年，多大科学家麦卡伦macllum提出脊椎动物身体中的钠钾镁钙等离子与大海中的比例类似[1]，但含量约为三分之一，这与志留纪（Silurian period）时期大海的离子浓度类似，推测脊椎动物血液反映了其浓度组成。

macllum发现在鲱鱼（herring）未受精的卵细胞中，钾离子是钠离子的两倍，推测在早得多的单细胞生物中其生存环境钾离子明显高于钠离子。这与动物体液（钠离子多）的离子浓度相反。

注：神经细胞内（钾=150 mM，钠= 15 mM）M是mol/L；

其他资料：

Ions in mammalian cell	Cell(mM)	Blood(mM)
K+	139	4
Na+	12	145
Cl-	4	116
HCO3-	12	29
Mg2+	0.8	1.5
Ca2+	<0.0002	1.8

平均来说细胞的离子泵需要消耗掉20%的能量。而神经细胞则要用60%的能量维持泵。

离子泵常见的有H⁺pump, Na⁺/K⁺pump, Ca²⁺pump。离子泵运输过程缓慢，需要经过构型变化，一次只能运输几个离子，不连续，速度约每秒10⁴个离子。与离子通道10⁸/s比，非常缓慢。

除了神经细胞、肌肉细胞外，普通细胞的k离子通道属于non-gated通道，其他离子通道一般受到蛋白质调控。K+通道由4个相同的蛋白亚基组成。亚基由：p segment，离子选择性过滤器肽段，S5,S6两个螺旋跨膜结构。

膜片钳（Patch Clamps）灵敏度可以测到单个通道离子流。利用该技术可以测量开闭时间，数量，膜电位浓度关系等。

大气中的氧气出现在大约22-24亿年前，从此大部分生物的环境转变为氧化性的。为了保持细胞内的还原环境，细胞内普遍含有还原性分子如谷胱甘肽（glutathione，浓度大约5 mM），它使得蛋白质分子中的半胱氨酸残基的侧链保持在还原状态，即不形成二硫键（两个巯基-SH 被氧化过程连成-S-S-键）。

海水通过地壳裂缝与深处高温岩石的相互作用除盐，形成云母（mica）等新的矿物，同时把海水中的金属离子带走。这个过程叫做“反风化”（reverse weathering），反风化过程中，钾比钠更容易被除去，这也使得海水中钠的含量远高于钾。

Reference:

[1]《体液和组织中的古化学》（Paleochemistry of the body fluids and tissues）的论文