4.7 Ion Transport and Energy Metabolism
There is an intimate relationship between ion transport and energy metabolism in the brain. All ion transport is driven directly or indirectly by ATP, and the support of ion homeostasis represents the largest demand on energy production in the brain. Fail
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Ion Transport and Energy Metabolism
O. Vergun . K. E. Dineley . I. J. Reynolds
1
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 430
2 2.1 2.1.1 2.1.2 2.2 2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.2.4 2.3
The Main Energy‐Consuming Ion Transport Systems in the Brain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 431 Sodium and Potassium Transport . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 431 Na+/K+‐ATPase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 432 Secondary Active Na+‐Coupled Transport Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 434 Calcium Transport . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 436 Plasma Membrane Ca2+ Pump . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 437 Plasmalemmal Na+/Ca2+ Exchange . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 439 Endoplasmic Reticulum Ca2+ Pump . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 440 Mitochondrial Ca2+ Uptake . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 442 Zinc Transport . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 442
3 3.1 3.2
Spatial and Functional Interdependence of Energy Consumption and Energy Production in the Brain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 444 Mechanisms Controlling Energy Production . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 444 Energy Production Is Spatially Dynamic and Regulated by Mitochondrial Trafficking . . . . . . . . 446
4 4.1 4.2 4.2.1 4.2.2 4.2.3 4.3
Interactions Between Ion Transport and Energy Metabolism in Pathology . . . . . . . . . . . . . . . . . . 448 In Vivo and In Vitro Perspectives on Ion Transport and Brain Injury . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 448 Failure of Ion Homeostasis and Energy Metabolism During Excitotoxic Insult . . . . . . . . . . . . . . . . 449 Interactions Between Energy Supply, Ion Transport, and Glutamate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 450 NMDA Receptor‐Mediated Ca2+ Overload and Energy Production . . . . . . . . . . .
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