Функція, функції та важливість натрієвого калійного насоса

The насос натрію калію є активним механізмом клітинного транспорту, який переміщує іони натрію (Na⁺) від внутрішнього простору клітини до зовнішнього і іона калію (K⁺) у зворотному напрямку. Насос відповідає за підтримку градієнтів концентрації, характерних для обох іонів.

Цей іонний транспорт відбувається проти нормальних градієнтів концентрації, оскільки, коли іон дуже концентрований у клітині, він має тенденцію залишати його відповідно до концентрацій ззовні. Насос калієвого натрію порушує цей принцип, і для цього потрібно енергія у вигляді АТФ.

Фактично, цей насос є зразковим прикладом активного клітинного транспорту. Насос утворений комплексом ферментативної природи, який виконує переміщення іонів всередині і зовні клітини. Він присутній у всіх мембранах клітин тварин, хоча він є більш поширеним у деяких типах, таких як нейрони і м'язові клітини..

Іони натрію і калію мають вирішальне значення для різних біологічних функцій, таких як підтримка і регулювання обсягу клітин, передача нервових імпульсів, генерація м'язових скорочень, серед інших..

Індекс

• 1 Операція
  • 1.1 Основні принципи стільникового транспорту
  • 1.2 Активний і пасивний транспорт
  • 1.3 Характеристики натрієвого калійного насоса
  • 1.4 Як працює насос з натрієвим калієм?
  • 1.5 АТФаза
  • 1.6 Регенні та електрогенні іонні насоси
  • 1.7 Швидкість насоса
  • 1.8 Транспортна кінетика
• 2 Функції та значення
  • 2.1 Керування гучністю комірки
  • 2.2 Потенціал мембрани в спокої
  • 2.3 Нервові імпульси
• 3 Інгібітори
• 4 Посилання

Операція

Основні принципи стільникового транспорту

Перед початком глибокої експлуатації натрієво-калієвого насоса необхідно зрозуміти і визначити терміни, що найбільш часто використовуються в умовах стільникового транспорту.

Клітини знаходяться в постійному обміні матеріалами з зовнішнім середовищем. Це рух відбувається завдяки присутності напівпроникних ліпідних мембран, які дозволяють молекулам входити і виходити при зручності клітини; мембрани є високоселективними суб'єктами.

Біомембрани не складаються виключно з ліпідів; вони також мають ряд пов'язаних з ними білків, які можуть перетинати їх або закріплювати на них іншими шляхами.

Враховуючи аполярну поведінку внутрішніх мембран, потрапляння полярних речовин під загрозу. Однак витіснення полярних молекул необхідно для дотримання різних процесів; тому клітина повинна мати механізми, що дозволяють транзит цих полярних молекул.

Проходження молекул через мембрани можна пояснити фізичними принципами. Дифузія є випадковим переміщенням молекул з областей високих концентрацій в регіони, де концентрація нижче.

Крім того, рух води через напівпроникні мембрани пояснюється осмосом, процесом, в якому потік води буде відбуватися там, де є більш висока концентрація розчинених речовин..

Активний і пасивний транспорт

Залежно від використання або відсутності енергії, транспорт через мембрани класифікується як пасивний і активний. 

При пасивному транспортуванні розчиненої речовини він робить це лише на користь градієнтів концентрації, дотримуючись принципу простої дифузії.

Він може робити це через мембрану, через водні канали або за допомогою транспортуючої молекули, що полегшує процес. Роль молекули транспортера полягає в тому, щоб "маскувати" полярну речовину таким чином, щоб вона могла проходити через мембрану.

Настає точка, в якій розчинені речовини прирівнюють свої концентрації з обох сторін мембрани, і потік зупиняється. Якщо ви хочете перемістити молекулу в певному напрямку, вам необхідно ввести енергію в систему.

У випадку заряджених молекул необхідно враховувати градієнт концентрації та електричний градієнт.

Клітина інвестує багато енергії в утримання цих градієнтів від рівноваги, завдяки існуванню активного транспорту, який використовує АТФ для переміщення частинок в зони високої концентрації..

Характеристики натрієвого натрієвого насоса

Всередині клітин концентрація калію приблизно в 10-20 разів вище, ніж у зовнішній клітині. Таким же чином, концентрація іонів натрію значно вища за межами клітини.

Механізмом, що відповідає за підтримку цих градієнтів концентрації, є насос з натрієвого калію, утворений ферментом, прикріпленим до плазматичної мембрани в клітинах тварин..

Вона має антипортний тип, оскільки обмінюється молекулою з однієї сторони мембрани на іншу. Перенесення натрію відбувається назовні, а перенесення калію відбувається всередині.

Що стосується пропорцій, то насос вимагає обов'язкового обміну двох іонів калію ззовні трьома іонами натрію з внутрішнього простору клітини. Коли спостерігається дефіцит іонів калію, обмін іонів натрію, який зазвичай відбувається, не може бути здійснений.

Як працює насос з натрієвим калієм?

Початковим етапом є фіксація трьох іонів натрію в білку АТФази. Розпад АТФ в АДФ і фосфат відбувається; фосфат, що вивільняється в цій реакції, пов'язаний з білком, індукуючи конформаційні зміни в транспортних каналах.

Етап відомий як фосфорилювання білка. За допомогою цих модифікацій іони натрію витісняються ззовні клітини. Згодом відбувається об'єднання двох іонів калію ззовні.

У білку фосфатні групи роз'єднані (білок дефосфорилирован) і білок повертається до початкової структури. На цій стадії можуть увійти іони калію.

АТФаза

Структурно "насос" є ферментом типу АТФази, який має сайти зв'язування для іонів натрію і АТФ на поверхні, що стоїть перед цитоплазмою, і в ділянці, що стоїть на зовнішній поверхні клітини, є сайти зв'язування для калію.

У клітинах ссавців обмін цитоплазматичних іонів Na + позаклітинними іонами K + опосередкований ферментом, прикріпленим до мембрани, який називається ATPase. Обмін іонів перетворюється в мембранний потенціал.

Цей фермент складається з двох мембранних поліпептидів з двома субодиницями: альфа 112 кД і бета 35 кД.

Іонні насоси, регенічні та електрогенні

Оскільки рух іонів через мембрани нерівномірний (два іони калію для трьох іонів натрію), чистий рух назовні передбачає позитивний заряд на цикл накачування..

Ці насоси називаються реогенними, оскільки вони пов'язані з чистим рухом зарядів і виробляють трансмембранний електричний струм. У випадку, коли струм генерує вплив на напругу мембрани, насос називається електрогенним.

Швидкість насоса

В умовах нормальності кількість іонів натрію, накачуваних до зовнішньої клітини, дорівнює кількості іонів, що надходять у клітину, тому чистий потік руху дорівнює нулю.

Кількість іонів, які існують поза і всередині клітини, визначається двома факторами: швидкістю, з якою відбувається активний транспорт натрію, і швидкістю, з якою вона вступає знову через дифузійні процеси.

Логічно, що швидкість входу шляхом дифузії визначає швидкість, необхідну насосу для того, щоб підтримувати необхідну концентрацію в внутрішньо- і позаклітинних середовищах. Коли концентрація збільшується, насос збільшує свою швидкість.

Транспортна кінетика

Активний транспорт проявляє кінетику Міхаеліса-Ментена, характерну для значної кількості ферментів. Аналогічно, він інгібується аналогічними молекулами.

Функції та значення

Контроль обсягу клітин

Натрієво-калієвий насос відповідає за підтримання оптимального об'єму клітин. Ця система сприяє виходу іонів натрію; тому позаклітинне середовище набуває позитивних зарядів. Внаслідок залучення зарядів іони накопичуються з негативними зарядами, такими як іони хлору або бікарбонату.

У цьому місці позаклітинна рідина має значну кількість іонів, що генерує рух води з внутрішньої сторони клітини назовні - осмосом - для розведення цих розчинених речовин.

Покійний мембранний потенціал

Насос натрієвого калію відомий своєю роллю в нервовому імпульсі. Нервові клітини, звані нейронами, електрично активні і спеціалізовані для імпульсного транспорту. У нейронах можна говорити про "мембранний потенціал".

Мембранний потенціал виникає при нерівності іонної концентрації на обох сторонах мембрани. Оскільки внутрішня частина клітини має велику кількість калію, а зовні багата натрієм, є згаданий потенціал.

Мембранний потенціал можна виділити, коли клітина перебуває в стані спокою (немає активних або постсинаптичних подій), а також потенціал дії.

Коли клітина знаходиться в стані спокою, встановлюється потенціал -90 мВ і ця величина підтримується в основному насосом натрієвого калію. У більшості досліджених клітин потенціали спокою знаходяться в діапазоні від -20 мВ до -100 мВ.

Нервові імпульси

Нервовий імпульс призводить до розкриття натрієвих каналів, створює дисбаланс в мембрані і вважається "деполяризованим". Оскільки він має позитивний заряд, на внутрішній стороні мембрани відбувається реверсування навантаження.

Коли накладені кінці, відбувається відкриття калієвих каналів для поповнення зарядів всередині клітини. В цей час натрієво-калієвий насос підтримує постійну концентрацію зазначених іонів.

Інгібітори

Насос натрію калію може інгібуватися серцевим глікозидом уабіном. Коли це з'єднання досягає поверхні клітини, воно конкурує за сайти зв'язування іонів. Він також інгібується іншими глікозидами, такими як дигоксин.

Список літератури

1. Curtis, H., & Schnek, A. (2006). Запрошення до біології. Ed. Panamericana Medical.
2. Hill, R.W., Wyse, G.A., Anderson, M., & Anderson, M. (2004). Фізіологія тварин. Sinauer Associates.
3. Randall, D., Burggren, W. W., Burggren, W., French, K., & Eckert, R. (2002). Фізіологія тварин Екерта. Макміллан.
4. Skou, J. C., & Esmann, M. (1992). На, k-атпаза. Журнал біоенергетики та біомембран, 24(3), 249-261.
5. Uribe, R. R., & Bestene, J.A.. Токсикологія. Практики та процедури. Методичні рекомендації щодо клінічної практики Том 2, том IV. Pontificia Universidad Javeriana.