Sodium and potassium permeability of red blood cells in dependence of the pH

Summary In rabbit red cells, it has been found that the permeability to sodium and potassium ions depends on the hydrogen ion concentration.The sodium and potassium net flux showed maxima at distinctly different pH-values: sodium at pH 6.6, and potassium at pH 7.0.Studies with radioisotopes indicated that the pH-dependent maxima of thenet fluxes were due to an increase of thedownhill movement of sodium and potassium ions. The uphill movement, in contrast to the downhill movement, was little influenced by the hydrogen ion concentration.The downhill movement as well as the uphill movement haveQ₁₀-values of more than 2.0.The potassium influxmeasured under the influence of ouabain is in close agreement to the influxcalculated by means of the efflux rates and the concentration gradients.In order to explain the changes in permeability, a hypothesis has been developed assuming that structural elements of the membrane with ampholytic properties such as proteins and phosphatides are responsible for the change in permeability caused by variations in the hydrogen ion concentration.

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Zusammenfassung Die Durchlässigkeit von Kaninchenerythrocyten für Natrium-bzw. Kaliumionen ist in hohem Maße von der Wasserstoffionenkonzentration abhängig.Sowohl der Natrium- als auch der Kalium-Nettoflux zeigen ein Maximum, aber bei unterschiedlichen pH-Werten: Natrium bei pH 6,6 und Kalium bei pH 7,0.Untersuchungen mit Radioisotopen ergaben, daß die für den Nettoflux gefundenen Maxima vorwiegend auf einer Beeinflussung der Bergabbewegung beruhen. Die Abhängigkeit der Bergaufbewegung von der Wasserstoffionenkonzentration ist im Gegensatz zur Bergabbewegung gering.Sowohl die Bergauf- als auch die Bergabbewegung von Kalium und Natrium sind stark temperaturabhängig und haben einenQ₁₀-Wert über 2,0.Der unter Ouabaingemessene Kaliuminflux stimmt sowohl hinsichtlich der pH-Abhängigkeit als auch des Ausmaßes mit dem aus den Effluxraten und den Konzentrationsgradientenerrechneten Kaliuminflux gut überein.Die Diskussion der Befunde geht von der Vorstellung aus, daß Strukturelemente der Erythrocytenmembran mit ampholytischem Charakter, wie Proteine und Phosphatide, für die durch Wasserstoffionen hervorgerufenen Änderungen des Natrium- bzw. Kaliumfluxes verantwortlich sind.

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A report based on these results was given at the joint meeting of the Swiss and German Societies of Biochemists in Oct. 1960, Zürich, Switzerland.