Funkcija i značaj pumpe natrijevog kalija



pumpa kalijevog natrija je aktivni mehanizam staničnog transporta koji pokreće natrijeve ione (Na+od unutrašnjosti stanica prema van i kalijevog iona (K+) u suprotnom smjeru. Pumpa je odgovorna za održavanje koncentracijskih gradijenata karakterističnih za oba iona.

Ovaj prijenos iona događa se u odnosu na normalne gradijente koncentracije, jer kada je ion vrlo koncentriran u stanici nastoji ga ostaviti da odgovara koncentracijama s vanjskim. Pumpa kalijevog natrija krši ovo načelo i za to je potrebna energija u obliku ATP-a.

Zapravo, ova pumpa je primjer modela aktivnog mobilnog transporta. Crpka se sastoji od kompleksa enzimatske prirode koji izvodi kretanje iona unutar i izvan stanice. Prisutna je u svim membranama životinjskih stanica, premda je u izobilju u određenim vrstama, kao što su neuroni i mišićne stanice..

Natrijevi i kalijevi ioni su ključni za različite biološke funkcije, kao što su održavanje i regulacija volumena stanica, prijenos živčanih impulsa, stvaranje mišićnih kontrakcija, među ostalima..

indeks

  • 1 Rad
    • 1.1 Osnovni principi mobilnog transporta
    • 1.2 Aktivni i pasivni prijevoz
    • 1.3 Karakteristike pumpe natrijevog kalija
    • 1.4 Kako djeluje crpka s natrijevim kalijem?
    • 1.5 ATPaze
    • 1.6 Regenske i elektrogenske crpke
    • 1.7 Brzina crpke
    • 1.8 Prometna kinetika
  • 2 Funkcije i važnost
    • 2.1 Kontrola glasnoće stanica
    • 2.2 Potencijal odmarajuće membrane
    • 2.3 Živčani impulsi
  • 3 Inhibitori
  • 4 Reference

operacija

Osnovni principi mobilnog transporta

Prije temeljitog istraživanja rada natrijeve kalijeve pumpe potrebno je razumjeti i definirati pojmove koji se najčešće koriste u transportu stanica.

Stanice su u stalnoj razmjeni materijala sa svojim vanjskim okruženjem. Ovo kretanje se događa zahvaljujući prisutnosti polupropusnih lipidnih membrana koje omogućuju molekulama da ulaze i izlaze pri pogodnosti stanice; membrane su visoko selektivni entiteti.

Biomembrane nisu sastavljene samo od lipida; oni također imaju niz proteina vezanih uz njih koji ih mogu prelaziti ili se usidriti na njih drugim putevima.

S obzirom na apolarno ponašanje unutrašnjosti membrana, ulazak polarnih tvari je ugrožen. Međutim, premještanje polarnih molekula nužno je za usklađivanje s različitim procesima; stoga stanica mora imati mehanizme koji omogućuju prolazak tih polarnih molekula.

Prolazak molekula kroz membrane može se objasniti fizičkim principima. Difuzija je nasumično kretanje molekula iz područja visokih koncentracija u područja gdje je koncentracija niža.

Također, kretanje vode kroz polupropusne membrane objašnjava se osmozom, procesom u kojem će se vodeni tok pojaviti tamo gdje je veća koncentracija otopljenih tvari..

Aktivni i pasivni prijevoz

Ovisno o uporabi ili ne korištenju energije, transport kroz membrane se klasificira kao pasivan i aktivan. 

Kada se otopljena tvar pasivno transportira, to čini samo u korist koncentracijskih gradijenta, slijedeći načelo jednostavne difuzije.

To može učiniti kroz membranu, kroz vodene kanale ili pomoću transportne molekule koja olakšava proces. Uloga molekula transportera je "maskirati" polarnu tvar tako da može proći kroz membranu.

Dolazi do točke u kojoj su otopljene tvari izjednačile svoje koncentracije na obje strane membrane i protok se zaustavlja. Ako želite pomaknuti molekulu u nekom smjeru, trebat ćete ubrizgati energiju u sustav.

U slučaju nabijenih molekula, treba uzeti u obzir koncentracijski gradijent i električni gradijent.

Ćelija ulaže mnogo energije u održavanje tih gradijenta daleko od ravnoteže, zahvaljujući postojanju aktivnog transporta koji koristi ATP za premještanje čestice u područja visoke koncentracije..

Karakteristike pumpe natrijevog kalija

Unutar stanica koncentracija kalija je oko 10 do 20 puta veća u usporedbi s vanjskom stanicom. Na isti način, koncentracija natrijevih iona je mnogo veća izvan stanice.

Mehanizam odgovoran za održavanje ovih koncentracijskih gradijenta je pumpa natrijevog kalija, koju tvori enzim vezan za plazmatsku membranu u stanicama životinja..

Ona je antiportnog tipa, budući da razmjenjuje vrstu molekule s jedne strane membrane na drugu. Prijenos natrija se odvija prema van, dok se prijenos kalija događa unutar.

Što se tiče omjera, crpka zahtijeva obveznu izmjenu dvaju kalijevih iona s vanjske strane triju natrijevih iona iz unutrašnjosti stanice. Kada postoji manjak kalijevih iona, izmjena natrijevih iona koja bi se inače pojavila ne može se provesti.

Kako djeluje natrijeva kalijev pumpa?

Početni korak je fiksacija triju natrijevih iona u proteinu ATPaze. Nastaje razgradnja ATP-a u ADP-u i fosfata; fosfat oslobođen u ovoj reakciji povezan je s proteinom, inducirajući konformacijsku promjenu u transportnim kanalima.

Korak je poznat kao fosforilacija proteina. S tim modifikacijama, natrijevi ioni se izbacuju izvan stanice. Nakon toga dolazi do spajanja dvaju kalijevih iona s vanjske strane.

U proteinu, fosfatne skupine su nevezane (protein se defosforilira) i protein se vraća u svoju početnu strukturu. U ovoj fazi mogu ući kalijevi ioni.

ATPaze

Strukturno, "pumpa" je enzim tipa ATPaze koji ima vezna mjesta za natrijeve ione i ATP na površini koja je okrenuta prema citoplazmi, a na dijelu koji je okrenut prema vanjskoj strani stanice su mjesta vezanje za kalij.

U stanicama sisavaca izmjena citoplazmatskih iona Na + ekstracelularnim K + ionima posredovana je enzimom vezanim za membranu, nazvanim ATPaza. Izmjena iona prevodi se u membranski potencijal.

Ovaj se enzim sastoji od dva membranska polipeptida s dvije podjedinice: alfa od 112 kD i beta 35 kD.

Jonske pumpe, regenske i elektrogenske

Kako je kretanje iona kroz membrane neujednačeno (dva kalijeva iona za tri natrijeve ione), kretanje mreže prema van uključuje pozitivni naboj po ciklusu pumpanja.

Te se pumpe nazivaju reogene, jer uključuju neto kretanje naboja i proizvode transmembransku električnu struju. U slučaju kada struja stvara učinak na napon membrane, pumpa se naziva elektrogen.

Brzina crpke

U uvjetima normalnosti, količina natrijevih iona koja se pumpa u vanjsku stanicu jednaka je broju iona koji ulaze u ćeliju, tako da je neto protok kretanja jednak nuli.

Količina iona koji postoje izvan i unutar stanice određena je s dva faktora: brzinom kojom se odvija aktivni transport natrija i brzinom pri kojoj ona ponovno ulazi kroz procese difuzije..

Logično, brzina ulaza difuzijom određuje brzinu koju pumpa zahtijeva kako bi se održala potrebna koncentracija u unutar i izvanstaničnom okruženju. Kada se koncentracija poveća, crpka povećava svoju brzinu.

Kinetika transporta

Aktivni transport pokazuje Michaelis-Menten kinetiku, karakterističnu za značajan broj enzima. Isto tako, inhibiraju je analogne molekule.

Funkcije i važnost

Kontrola volumena stanica

Pumpa natrijevog kalija odgovorna je za održavanje optimalnog volumena stanica. Ovaj sustav potiče izlazak natrijevih iona; dakle, izvanstanično okruženje dobiva pozitivne naboje. Zbog privlačenja naboja, ioni se akumuliraju s negativnim nabojem, kao što su klor ili bikarbonatni ioni.

U ovom trenutku ekstracelularna tekućina ima značajnu količinu iona, koja generira kretanje vode iz unutrašnjosti stanice prema van - osmozom - da razrijedi te otopine.

Potencijal membrane u mirovanju

Pumpa natrijevog kalija poznata je po svojoj ulozi u živčanom impulsu. Živčane stanice, nazvane neuroni, su električki aktivne i specijalizirane za prijenos impulsa. U neuronima možete govoriti o "membranskom potencijalu".

Membranski potencijal nastaje kada postoji nejednakost ionske koncentracije na obje strane membrane. Budući da unutrašnjost ćelije ima velike količine kalija, a vanjska strana je bogata natrijem, postoji spomenuti potencijal.

Membranski potencijal može se razlikovati kada je stanica u mirovanju (nema aktivnih ili post-sinaptičkih događaja), kao i akcijski potencijal.

Kada je stanica u mirovanju, utvrđuje se potencijal od -90 mV i ta vrijednost se uglavnom održava pumpom natrijevog kalija. U većini ispitivanih stanica potencijali za odmor su u rasponu od -20 mV do -100 mV.

Nervni impulsi

Živčani impuls vodi otvaranju natrijevih kanala, stvara neravnotežu u membrani i kaže se da je "depolariziran". Budući da ima pozitivan naboj, dolazi do preokretanja opterećenja na unutarnjoj strani membrane.

Kada se nametnuta granica završi, otvara se kalijev kanal kako bi se napunili troškovi unutar stanice. U ovom trenutku pumpa natrijeva kalija održava konstantnu koncentraciju navedenih iona.

inhibitori

Pumpa kalijevog natrija može biti inhibirana srčanim glikozidom ouabinom. Kada taj spoj dosegne površinu stanice, on se natječe za mjesta vezanja iona. Također je inhibiran drugim glikozidima kao što je digoksin.

reference

  1. Curtis, H., i Schnek, A. (2006). Poziv na biologiju. Ed Panamericana Medical.
  2. Hill, R.W., Wyse, G.A., Anderson, M., & Anderson, M. (2004). Fiziologija životinja. Sinauer Associates.
  3. Randall, D., Burggren, W. W., Burggren, W., French, K., i Eckert, R. (2002). Eckertova fiziologija životinja. Macmillan.
  4. Skou, J.C., & Esmann, M. (1992). Na, k-atpaza. Časopis za bioenergetiku i biomembrane, 24(3), 249-261.
  5. Uribe, R.R., & Bestene, J.A.. Toksikologija. Prakse i postupci. Smjernice kliničke prakse Tom 2, svezak IV. Pontificia Universidad Javeriana.