Функција и функције пумпе натријум калијума

Тхе калијум натријум пумпа је активан ћелијски транспортни механизам који покреће јоне натријума (На⁺од унутрашњости ћелије ка споља, и калијумовог јона (К⁺) у супротном смеру. Пумпа је одговорна за одржавање концентрационих градијената карактеристичних за оба јона.

Овај транспорт јона се дешава у односу на нормалне градијенте концентрације, јер када је ион веома концентрисан у ћелији настоји да га остави да одговара концентрацијама споља. Пумпа калијум натријума крши овај принцип и за то је потребна енергија у облику АТП.

У ствари, ова пумпа је моделски пример активног мобилног транспорта. Пумпа је формирана од стране комплекса ензимске природе који врши кретање иона унутар и изван ћелије. Присутна је у свим мембранама животињских ћелија, иако је у изобиљу у одређеним типовима, као што су неурони и мишићне ћелије..

Натријум и калијум јони су кључни за различите биолошке функције, као што су одржавање и регулација ћелијског волумена, пренос нервних импулса, стварање мишићних контракција, између осталих..

Индек

• 1 Операција
  • 1.1 Основни принципи мобилног транспорта
  • 1.2 Активни и пасивни транспорт
  • 1.3 Карактеристике пумпе натријум калијума
  • 1.4 Како ради пумпа натријум калијума?
  • 1.5 АТПасе
  • 1.6 Регенске и електрогене јонске пумпе
  • 1.7 Брзина пумпе
  • 1.8 Прометна кинетика
• 2 Функције и значај
  • 2.1 Контрола јачине ћелија
  • 2.2 Потенцијал мембране за одмор
  • 2.3 Нервозни импулси
• 3 Инхибитори
• 4 Референце

Операција

Основни принципи мобилног транспорта

Пре него што се детаљно истражи рад пумпе натријум-калијум, потребно је разумети и дефинисати термине који се најчешће користе у транспорту ћелија.

Ћелије су у сталној размени материјала са својим спољашњим окружењем. Ово кретање се дешава захваљујући присуству полупропусних липидних мембрана које омогућавају молекулима да улазе и излазе при погодности ћелије; мембране су високо селективни ентитети.

Биомембране се не састоје само од липида; они такође имају низ протеина који су везани за њих и који их могу прећи или усидрити на друге руте.

С обзиром на аполарно понашање унутрашњости мембрана, улазак поларних супстанци је угрожен. Међутим, померање поларних молекула је неопходно за усклађивање са различитим процесима; стога ћелија мора имати механизме који омогућавају транзит ових поларних молекула.

Пролаз молекула кроз мембране се може објаснити физичким принципима. Дифузија је насумично кретање молекула из подручја високих концентрација у подручја гдје је концентрација нижа.

Такође, кретање воде кроз полупропусне мембране се објашњава осмозом, процесом у коме ће се водени ток одвијати тамо где је већа концентрација растворених материја..

Активни и пасивни транспорт

У зависности од употребе или не енергије, транспорт кроз мембране се класификује као пасиван и активан. 

Када се растворено средство пасивно транспортује, то чини само у корист градијента концентрације, пратећи принцип једноставне дифузије.

То се може урадити кроз мембрану, кроз водене канале или помоћу молекула који транспортује, што олакшава процес. Улога молекула транспортера је да "маскира" поларну супстанцу тако да може да прође кроз мембрану.

Долази до тачке у којој су једињења изједначила своје концентрације на обе стране мембране и проток се зауставља. Ако желите да померите молекул у неком правцу, морате убризгати енергију у систем.

У случају набијених молекула, градијент концентрације и електрични градијент морају се узети у обзир.

Ћелија улаже много енергије у одржавање ових градијента далеко од равнотеже, захваљујући постојању активног транспорта који користи АТП за премештање честица у подручја високе концентрације..

Карактеристике пумпе натријум калијума

Унутар ћелија концентрација калијума је око 10 до 20 пута већа у поређењу са спољашњом ћелијом. На исти начин, концентрација натријумових јона је много већа изван ћелије.

Механизам одговоран за одржавање ових градијента концентрације је пумпа натријум калијума, формирана од ензима везаног за плазма мембрану у ћелијама животиња..

Она је антипортног типа, јер размењује врсту молекула са једне стране мембране на другу. Транспорт натријума се одвија споља, док се транспорт калијума одвија у унутрашњости.

Што се тиче пропорција, пумпа захтева обавезну размену два калијумова јона са три натријумова јона из унутрашњости ћелије. Када постоји мањак калијумових јона, размена натријумових јона која би се нормално јавила не може се извршити.

Како пумпа са натријум калијумом ради?

Почетни корак је фиксација три натријумова јона у АТПазе протеину. Настаје разградња АТП-а у АДП-у и фосфата; фосфат који се ослобађа у овој реакцији је повезан са протеином, изазивајући конформациону промену у транспортним каналима.

Корак је познат као фосфорилација протеина. Са овим модификацијама, натријумови јони се избацују ван ћелије. Након тога долази до спајања два калијумова јона споља.

У протеину, групе фосфата су невезане (протеин се дефосфорилише) и протеин се враћа у своју почетну структуру. У овој фази, улазе калијумови јони.

АТПаза

Структурно, "пумпа" је ензим типа АТПазе који има везна места за натријумове јоне и АТП на површини која је окренута према цитоплазми, а на делу који је окренут ка спољашњости ћелије су места везивање за калијум.

У ћелијама сисара размена цитоплазматских иона На + екстрацелуларним К + јонима посредује ензим везан за мембрану, назван АТПаза. Размена јона преводи се у мембрански потенцијал.

Овај ензим се састоји од два полипептида мембране са две подјединице: алфа од 112 кД и бета 35 кД.

Јонске пумпе, регенске и електрогенске

Пошто је кретање јона кроз мембране неравномерно (два калијумова јона за три натријумове јоне), нето кретање ка споља укључује позитиван набој по циклусу пумпања.

Ове пумпе се називају реогене, јер укључују нето кретање набоја и производе трансмембранску електричну струју. У случају када струја генерише ефекат на мембрански напон, пумпа се назива електроген.

Брзина пумпе

У условима нормалности, количина натријумових јона пумпаних у спољашњу ћелију је једнака броју јона који улазе у ћелију, тако да је нето проток кретања једнак нули.

Количина јона која постоји изван и унутар ћелије одређена је са два фактора: брзином којом се одвија активни транспорт натријума и брзином којом поново улази кроз процесе дифузије.

Логично, брзина улаза дифузијом одређује брзину коју пумпа захтева да би се одржала потребна концентрација у интра и екстрацелуларном окружењу. Када се концентрација повећа, пумпа повећава своју брзину.

Транспорт кинетика

Активни транспорт показује Мицхаелис-Ментен кинетику, карактеристичну за значајан број ензима. Исто тако, инхибирају је аналогни молекули.

Функције и значај

Контрола запремине ћелија

Пумпа натријум калијума је одговорна за одржавање оптималног волумена ћелија. Овај систем промовише излаз натријумових јона; дакле, екстрацелуларно окружење добија позитивне набоје. Због привлачења набоја, јони се акумулирају са негативним набојем, као што су хлорни или бикарбонатни јони.

У овом тренутку екстрацелуларна течност има значајну количину јона, која генерише кретање воде из унутрашњости ћелије ка споља - осмозом - да би разблажила ове растворене материје.

Потенцијал мембране у мировању

Пумпа натријум калијума је позната по својој улози у нервном импулсу. Нервне ћелије, назване неурони, су електрично активне и специјализоване за транспорт импулса. У неуронима можете говорити о "мембранском потенцијалу".

Појављује се мембрански потенцијал када постоји неједнакост ионске концентрације на обје стране мембране. Пошто унутрашњост ћелије има велике количине калијума, а споља је богата натријумом, постоји споменути потенцијал.

Мембрански потенцијал се може разликовати када је ћелија у мировању (нема активних или пост-синаптичких догађаја), као и акциони потенцијал.

Када је ћелија у мировању, успостављен је потенцијал од -90 мВ и ова вредност се углавном одржава пумпом натријум-калијума. У већини проучаваних ћелија, потенцијали за одмор су у опсегу између -20 мВ и -100 мВ.

Нервни импулси

Нервни импулс води отварању натријумских канала, ствара дисбаланс у мембрани и каже се да је "деполаризован". Пошто има позитиван набој, на унутрашњој страни мембране долази до преокретања оптерећења.

Када се наметнута страна заврши, отвара се калијумов канал како би се напуниле батерије унутар ћелије. У овом тренутку пумпа натријум калијума одржава константну концентрацију поменутих јона.

Инхибиторс

Пумпа калијум натријума може бити инхибирана срчаним гликозидом оуабином. Када ово једињење стигне на површину ћелије, он се такмичи за места везивања јона. Такође је инхибирана другим гликозидима као што је дигоксин.

Референце

1. Цуртис, Х., & Сцхнек, А. (2006). Инвитатион то Биологи. Ед Панамерицана Медицал.
2. Хилл, Р.В., Висе, Г.А., Андерсон, М., & Андерсон, М. (2004). Анимал пхисиологи. Синауер Ассоциатес.
3. Рандалл, Д., Бурггрен, В. В., Бурггрен, В., Френцх, К., & Ецкерт, Р. (2002). Ецкертова физиологија животиња. Мацмиллан.
4. Скоу, Ј.Ц. & Есманн, М. (1992). На, к-атпасе. Часопис биоенергетика и биомембрана, 24(3), 249-261.
5. Урибе, Р. Р., & Бестене, Ј.А.. Токицологи. Пракса и процедуре. Смернице клиничке праксе Том 2, том ИВ. Понтифициа Универсидад Јавериана.