Funkcija in funkcije natrijevega kalijevega črpalke



The kalijeve natrijeve črpalke je aktivni celični transportni mehanizem, ki premika natrijeve ione (Na+) od notranjosti celic navzven in kalijevega iona (K+) v nasprotni smeri. Črpalka je odgovorna za vzdrževanje koncentracijskih gradientov, značilnih za oba iona.

Ta ionski transport se dogaja proti normalnim koncentracijskim gradientom, ker ko je ion zelo koncentriran v celici, ga pusti, da se ujema z koncentracijo z zunanjim. Črpalka kalijevega natrija krši to načelo in za to je potrebna energija v obliki ATP.

Dejansko je ta črpalka vzorčni primer aktivnega mobilnega transporta. Črpalko tvori kompleks encimske narave, ki izvaja gibanje ionov znotraj in zunaj celice. Prisoten je v vseh membranah živalskih celic, čeprav je v nekaterih vrstah bolj bogat, kot so nevroni in mišične celice..

Natrijevi in ​​kalijevi ioni so ključnega pomena za različne biološke funkcije, kot sta vzdrževanje in regulacija celičnega volumna, prenos živčnih impulzov, generiranje mišičnih kontrakcij, med drugim..

Indeks

  • 1 Delovanje
    • 1.1 Osnovna načela mobilnega transporta
    • 1.2 Aktivni in pasivni prevoz
    • 1.3 Značilnosti natrijeve kalijeve črpalke
    • 1.4 Kako deluje črpalka natrijevega kalija?
    • 1.5 ATPaza
    • 1.6 Regenske in elektrogenske črpalke
    • 1.7 Hitrost črpalke
    • 1.8 Prometna kinetika
  • 2 Funkcije in pomen
    • 2.1 Nadzor glasnosti celice
    • 2.2 Potencial membrane mirovanja
    • 2.3 Živčni impulzi
  • 3 Zaviralci
  • 4 Reference

Operacija

Osnovna načela mobilnega transporta

Pred temeljitim raziskovanjem delovanja natrijeve črpalke je treba razumeti in opredeliti pojme, ki se najpogosteje uporabljajo v mobilnem transportu..

Celice so v stalni izmenjavi materialov z zunanjim okoljem. To gibanje se zgodi zaradi prisotnosti polprepustnih lipidnih membran, ki molekulam omogočajo, da vstopajo in izstopajo ob udobnosti celice; membrane so visoko selektivne entitete.

Biomembrane niso sestavljene samo iz lipidov; Imajo tudi vrsto beljakovin, ki se vežejo na njih in ki jih lahko prečkajo ali zasidrajo na druge poti.

Glede na nepolarno obnašanje notranjosti membran je ogrožen vstop polarnih snovi. Vendar pa je premik polarnih molekul potreben za uskladitev z različnimi procesi; zato mora celica imeti mehanizme, ki omogočajo tranzit teh polarnih molekul.

Prehod molekul skozi membrane je mogoče razložiti s fizičnimi načeli. Difuzija je naključno gibanje molekul iz območij visoke koncentracije v območja, kjer je koncentracija nižja.

Prav tako je gibanje vode skozi polprepustne membrane pojasnjeno z osmozo, procesom, v katerem se bo tok vode pojavil tam, kjer je koncentracija raztopin višja..

Aktivni in pasivni prevoz

Odvisno od uporabe ali neuporabe energije se transport skozi membrane uvršča med pasivne in aktivne. 

Ko se solute prenaša pasivno, to počne le v prid koncentracijskih gradientov, ki sledijo načelu preproste difuzije.

To lahko stori skozi membrano, skozi vodne kanale ali z uporabo transportne molekule, ki olajša postopek. Vloga transportne molekule je "maskirati" polarno snov tako, da lahko prehaja skozi membrano.

Pride točka, pri kateri so raztopine izenačile svoje koncentracije na obeh straneh membrane in pretok se ustavi. Če želite premakniti molekulo v neki smeri, boste morali injicirati energijo v sistem.

Pri nabitih molekulah je treba upoštevati koncentracijski gradient in električni gradient.

Celica vlaga veliko energije za ohranjanje teh gradientov stran od ravnovesja, zaradi obstoja aktivnega transporta, ki uporablja ATP, da premakne delce na območja visoke koncentracije..

Značilnosti natrijeve kalijeve črpalke

V celicah je koncentracija kalija približno 10 do 20-krat višja kot v zunanji celici. Na enak način je koncentracija natrijevih ionov veliko zunaj celice.

Mehanizem, ki je odgovoren za vzdrževanje teh koncentracijskih gradientov, je natrijeva kalijev črpalka, ki jo tvori encim, pritrjen na plazemsko membrano v živalskih celicah..

Je antiportnega tipa, saj izmenjuje molekule z ene strani membrane za drugo. Prevoz natrija poteka navzven, medtem ko se prenos kalija odvija znotraj.

Kar zadeva razmerja, črpalka zahteva obvezno izmenjavo dveh kalijevih ionov od zunaj s tremi natrijevimi ioni iz notranjosti celic. Kadar primanjkuje kalijevih ionov, izmenjave natrijevih ionov, ki bi se običajno pojavile, ni mogoče izvesti.

Kako deluje črpalka natrijevega kalija?

Začetni korak je fiksacija treh natrijevih ionov v proteinu ATPaze. Pride do razgradnje ATP v ADP in fosfata; fosfat, sproščen v tej reakciji, je povezan z proteinom, kar povzroči konformacijsko spremembo v transportnih kanalih.

Korak je znan kot fosforilacija proteina. S temi modifikacijami se natrijevi ioni odstranijo izven celice. Posledično se zgodi združitev dveh kalijevih ionov od zunaj.

V beljakovini so fosfatne skupine nevezane (beljakovina se defosforilira) in protein se vrne v začetno strukturo. V tej fazi lahko vstopijo kalijevi ioni.

ATPaze

Strukturno je "črpalka" encim tipa ATPaze, ki ima vezna mesta za natrijeve ione in ATP na površini, ki je obrnjena proti citoplazmi, in v delu, ki je obrnjen proti zunanji celici, mesta za kalij.

V celicah sesalcev je izmenjava citoplazmatskih ionov Na + z zunajceličnimi K + ioni posredovana z encimom, ki je zasidran na membrani in se imenuje ATPaza. Izmenjava ionov se prevede v membranski potencial.

Ta encim je sestavljen iz dveh membranskih polipeptidov z dvema podenotama: alfa 112 kD in beta 35 kD.

Ionske črpalke, regenske in elektrogenske

Ker je gibanje ionov skozi membrane neenakomerno (dva kalijeva iona za tri natrijeve ione), je neto gibanje na zunaj pozitivno polnjenje na cikel črpanja..

Te črpalke se imenujejo reogene, ker vključujejo neto gibanje nabojev in tvorijo transmembranski električni tok. V primeru, ko tok ustvarja učinek na membransko napetost, se črpalka imenuje elektrogen.

Hitrost črpalke

V normalnih pogojih je količina natrijevih ionov, ki se črpa v zunanjo celico, enaka številu ionov, ki vstopajo v celico, tako da je neto tok gibanja enak nič.

Količina ionov, ki obstajajo zunaj in znotraj celice, je določena z dvema dejavnikoma: hitrostjo, pri kateri nastopi aktivni transport natrija, in hitrostjo, pri kateri spet vstopa skozi difuzijske procese..

Logično je, da hitrost vstopa z difuzijo določa hitrost, ki jo zahteva črpalka, da se ohrani zahtevana koncentracija v intra- in zunajceličnih okoljih. Ko se koncentracija poveča, črpalka poveča svojo hitrost.

Kinetika transporta

Aktivni transport kaže Michaelis-Menten kinetiko, značilno za veliko število encimov. Prav tako ga zavirajo analogne molekule.

Funkcije in pomen

Nadzor obsega celic

Natrijeva kalijeva črpalka je odgovorna za vzdrževanje optimalnega volumna celic. Ta sistem spodbuja izstop natrijevih ionov; zato zunajcelično okolje pridobi pozitivne naboje. Zaradi privlačnosti nabojev se joni kopičijo z negativnimi naboji, kot so klorov ali bikarbonatni ioni.

Na tej točki ima zunajcelična tekočina precejšnjo količino ionov, ki ustvarjajo gibanje vode iz notranjosti celice navzven - z osmozo - za razredčenje teh raztopin.

Potencial membrane mirovanja

Natrijeva kalijev črpalka je znana po svoji vlogi v živčnih impulzih. Živčne celice, imenovane nevroni, so električno aktivne in specializirane za prenos impulzov. V nevronih lahko govorite o "membranskem potencialu".

Membranski potencial se pojavi, ko obstaja neenakost ionske koncentracije na obeh straneh membrane. Ker ima notranjost celice velike količine kalija in je zunaj bogata z natrijem, je omenjeni potencial.

Membranski potencial lahko ločimo, ko celica miruje (ni aktivnih ali post-sinaptičnih dogodkov), kot tudi akcijski potencial.

Ko je celica v mirovanju, se vzpostavi potencial -90 mV in to vrednost večinoma vzdržuje črpalka natrijevega kalija. V večini preučevanih celic so potenciali počivanja v območju med -20 mV in -100 mV.

Živčni impulzi

Živčni impulz vodi do odprtja natrijevih kanalov, ustvarja neravnovesje v membrani in je rečeno, da je "depolariziran". Ker ima pozitivni naboj, se obrnitev obremenitve pojavi na notranji strani membrane.

Ko se naloži konča, se pojavi odprtje kalijevih kanalov, da se napolnijo naboji v celici. V tem času črpalka natrijevega kalija ohranja konstantno koncentracijo omenjenih ionov.

Zaviralci

Kalijevo natrijevo črpalko lahko inhibira srčni glikozid ouabin. Ko ta spojina doseže površino celice, tekmuje za vezna mesta ionov. Zavirajo ga tudi drugi glikozidi, kot je digoksin.

Reference

  1. Curtis, H., in Schnek, A. (2006). Vabilo na biologijo. Ed Panamericana Medical.
  2. Hill, R.W., Wyse, G.A., Anderson, M., & Anderson, M. (2004). Fiziologija živali. Sinauer Associates.
  3. Randall, D., Burggren, W. W., Burggren, W., French, K., in Eckert, R. (2002). Eckertova fiziologija živali. Macmillan.
  4. Skou, J.C., & Esmann, M. (1992). Na, k-atpase. Revija za bioenergetiko in biomembrane, 24(3), 249-261.
  5. Uribe, R. R., & Bestene, J.A.. Toksikologija. Prakse in postopki. Smernice klinične prakse Tom 2, zvezek IV. Pontificia Universidad Javeriana.