Natriumkaliumipumpun toiminta, toiminnot ja merkitys

kalium natriumpumppu on aktiivinen solunsiirtomekanismi, joka siirtää natriumioneja (Na⁺) solun sisäpuolelta ulkopuolelle ja kaliumioni (K⁺) vastakkaiseen suuntaan. Pumppu vastaa molemmille ioneille tyypillisten pitoisuusgradienttien ylläpidosta.

Tämä ionikuljetus tapahtuu normaalien pitoisuusgradienttien suhteen, koska kun ioni on hyvin keskittynyt soluun, se pyrkii jättämään sen vastaamaan konsentraatioita ulkona. Kalium natriumpumppu rikkoo tätä periaatetta ja vaatii energiaa ATP: n muodossa.

Itse asiassa tämä pumppu on esimerkki aktiivisesta solukuljetuksesta. Pumppu muodostuu entsymaattisesta kompleksista, joka suorittaa ionien liikkeen solun sisällä ja sen ulkopuolella. Se on läsnä kaikissa eläinsolujen kalvoissa, vaikka se on runsaampaa tietyissä tyypeissä, kuten hermosoluissa ja lihassoluissa..

Natrium- ja kaliumionit ovat ratkaisevan tärkeitä erilaisille biologisille toiminnoille, kuten solujen tilavuuden ylläpitämiselle ja säätelylle, hermoimpulssien siirrolle, lihassupistusten syntymiselle..

indeksi

• 1 Käyttö
  • 1.1 Solukkoliikenteen perusperiaatteet
  • 1.2 Aktiivinen ja passiivinen kuljetus
  • 1.3 Natriumkaliumpumpun ominaisuudet
  • 1.4 Miten natriumkaliumpumppu toimii?
  • 1.5 ATPaasi
  • 1.6 Regeniset ja elektrogeeniset ionipumput
  • 1.7 Pumpun nopeus
  • 1.8 Kuljetuskinetiikka
• 2 Toiminnot ja merkitys
  • 2.1 Solun tilavuuden säätö
  • 2.2 Kalvopotentiaali
  • 2.3 Hermoston impulssit
• 3 estäjiä
• 4 Viitteet

toiminta

Solukkoliikenteen perusperiaatteet

Ennen kuin tutkitaan perusteellisesti natriumkaliumipumpun toimintaa, on ymmärrettävä ja määriteltävä termit, joita eniten käytetään solukkoliikenteessä.

Solut vaihtavat jatkuvasti materiaaleja ulkoisen ympäristönsä kanssa. Tämä liike tapahtuu puoliläpäisevien lipidikalvojen läsnäolon ansiosta, jotka mahdollistavat molekyylien pääsyn ja poistumisen solun mukavuudesta; kalvot ovat erittäin selektiivisiä kokonaisuuksia.

Biomembraanit eivät koostu pelkästään lipideistä; niillä on myös joukko proteiineja, jotka ovat sitoutuneet niihin, jotka voivat ylittää ne tai kiinnittyä näihin muilla reiteillä.

Kun otetaan huomioon kalvojen sisäosan apolaarinen käyttäytyminen, polaaristen aineiden pääsy vaarantuu. Polaaristen molekyylien siirtyminen on kuitenkin välttämätöntä eri prosessien noudattamiseksi; siksi solussa on oltava mekanismeja, jotka mahdollistavat näiden polaaristen molekyylien kuljetuksen.

Molekyylien kulku kalvojen läpi voidaan selittää fyysisillä periaatteilla. Diffuusio on molekyylien sattumanvarainen liike suurten pitoisuuksien alueilta alueille, joissa pitoisuus on pienempi.

Veden siirtyminen puoliläpäisevien kalvojen läpi selittyy myös osmoosilla, joka on prosessi, jossa veden virtaus tapahtuu silloin, kun liuenneiden aineiden pitoisuus on suurempi..

Aktiivinen ja passiivinen kuljetus

Energian käytöstä riippuen kalvojen kuljetus luokitellaan passiiviseksi ja aktiiviseksi. 

Kun liukeneva aine kuljetetaan passiivisesti, se toimii vain pitoisuusgradienttien hyväksi yksinkertaisen diffuusion periaatteen mukaisesti.

Se voi tehdä sen kalvon läpi, vesikanavien kautta tai käyttämällä kuljetusta helpottavaa molekyyliä. Kuljetusmolekyylin rooli on "peittää" polaarinen aine niin, että se voi kulkea kalvon läpi.

Tulee kohta, jossa liuenneet aineet ovat yhtenneet niiden pitoisuudet kalvon molemmille puolille ja virtaus pysähtyy. Jos haluat siirtää molekyylin johonkin suuntaan, sinun täytyy pistää energiaa järjestelmään.

Varattujen molekyylien tapauksessa on otettava huomioon pitoisuusgradientti ja sähkögradientti.

Kenno sijoittaa paljon energiaa pitämään nämä kaltevuudet poissa tasapainosta, koska aktiivinen kuljetus, joka käyttää ATP: tä, siirtää hiukkasia alueille, joilla on suuri pitoisuus.

Natriumkaliumpumpun ominaisuudet

Solujen sisällä kaliumpitoisuus on noin 10 - 20 kertaa korkeampi verrattuna solun ulkopuolelle. Samalla tavalla natriumionien pitoisuus on paljon suurempi solun ulkopuolella.

Mekanismi, joka vastaa näiden pitoisuusgradienttien ylläpitämisestä, on natriumkaliumpumppu, jonka muodostaa eläinperäisten solujen plasmamembraaniin ankkuroitu entsyymi..

Se on antiporttinen, koska se vaihtaa jonkinlaista molekyyliä kalvon toiselle puolelle toiselle. Natriumkuljetus tapahtuu ulospäin, kun taas kaliumkuljetus tapahtuu sisällä.

Suhteiden suhteen pumppu vaatii kahden kaliumionin pakollisen vaihtamisen ulkopuolelta kolmella natriumionilla solun sisäpuolelta. Kun kaliumioneja on pulaa, ei normaalisti tapahtuvaa natriumionien vaihtoa voida suorittaa.

Miten natriumkaliumpumppu toimii?

Ensimmäinen vaihe on kolmen natriumionin kiinnitys ATPaasiproteiiniin. ATP: n hajoaminen ADP: ssä ja fosfaatissa tapahtuu; tässä reaktiossa vapautunut fosfaatti liittyy proteiiniin indusoimalla konformaatiomuutos kuljetuskanavissa.

Vaihe tunnetaan proteiinin fosforylaationa. Näillä muunnoksilla natriumionit poistetaan solun ulkopuolelle. Sen jälkeen tapahtuu kahden kaliumionin liitos ulkopuolelta.

Proteiinissa fosfaatti- ryhmät irrotetaan (proteiini defosforyloituu) ja proteiini palaa alkuperäiseen rakenteeseensa. Tässä vaiheessa kaliumionit voivat tulla sisään.

ATPaasi

Rakenteellisesti "pumppu" on ATPaasityyppinen entsyymi, jolla on sitomiskohdat natriumionien ja ATP: n suhteen pinnalla, joka on sytoplasmaan nähden, ja osassa, joka on solun ulkopuolelle, ovat kohdat sitoutuminen kaliumiin.

Nisäkässoluissa sytoplasmisten Na + -ionien vaihtaminen solunulkoisilla K + -ioneilla välittyy kalvoon kiinnitetyllä entsyymillä, jota kutsutaan ATPaasiksi. Ionien vaihto vaihtuu membraanipotentiaaliksi.

Tämä entsyymi koostuu kahdesta kalvopolypeptidistä, joissa on kaksi alayksikköä: alfa 112 kD ja beeta 35 kD.

Ionipumput, regeniset ja elektrogeeniset

Koska ionien liikkuminen kalvojen läpi on epätasainen (kaksi kaliumionia kolmelle natriumionille), nettoliike ulkopuolelle sisältää positiivisen varauksen pumppausjaksoa kohti.

Näitä pumppuja kutsutaan reogeenisiksi, koska niihin liittyy latausten nettoliike ja tuotetaan transmembraaninen sähkövirta. Siinä tapauksessa, että virta synnyttää vaikutusta kalvojännitteeseen, pumppua kutsutaan elektrogeeniseksi.

Pumpun nopeus

Normaaliolosuhteissa solun ulkopuolelle pumpattujen natriumionien määrä on yhtä suuri kuin soluun saapuvien ionien lukumäärä, joten liikkeen nettovirta on nolla.

Solun ulkopuolella ja sisäpuolella olevien ionien määrä määräytyy kahden tekijän perusteella: nopeus, jolla natriumin aktiivinen kuljetus tapahtuu, ja nopeus, jolla se tulee uudelleen diffuusioprosessien kautta..

Loogisesti, diffuusion avulla tapahtuvan sisäänpääsyn nopeus määrää pumpun vaadittavan nopeuden vaaditun pitoisuuden säilyttämiseksi sisäisissä ja solunulkoisissa ympäristöissä. Kun konsentraatio kasvaa, pumppu lisää sen nopeutta.

Kuljetuskinetiikka

Aktiivisella kuljetuksella on Michaelis-Menten-kinetiikkaa, joka on ominaista huomattavalle määrälle entsyymejä. Samoin analogiset molekyylit estävät sen.

Toiminnot ja merkitys

Solujen tilavuuden hallinta

Natriumkaliumpumppu vastaa solun optimaalisen tilavuuden ylläpitämisestä. Tämä järjestelmä edistää natriumionien poistumista; siksi solunulkoinen ympäristö saa positiivisia varauksia. Latausten vetovoiman vuoksi ionit kertyvät negatiivisilla varauksilla, kuten kloori- tai bikarbonaatti-ioneilla.

Tässä vaiheessa solunulkoisessa nesteessä on huomattava määrä ioneja, jotka muodostavat veden liikkumisen solun sisältä ulkopuolelle - osmoosin avulla - näiden liuosten laimentamiseksi.

Lepäämän kalvopotentiaali

Natriumkaliumipumppu tunnetaan roolistaan ​​hermoimpulssissa. Hermosolut, joita kutsutaan neuroneiksi, ovat sähköisesti aktiivisia ja erikoistuneet impulssikuljetukseen. Neuroneissa voit puhua "membraanipotentiaalista".

Kalvopotentiaali syntyy, kun ionikonsentraatio on epätasainen molemmilla puolilla kalvoa. Koska solun sisätiloissa on suuria määriä kaliumia ja ulkopuolella on runsaasti natriumia, on mainittu potentiaali.

Kalvopotentiaali voidaan erottaa, kun solu on levossa (ei ole aktiivisia tai post-synaptisia tapahtumia), samoin kuin toimintapotentiaali.

Kun solu on levossa, muodostuu -90 mV: n potentiaali ja tämä arvo ylläpidetään pääasiassa natriumkaliumpumpulla. Useimmissa tutkituissa soluissa lepopotentiaalit ovat välillä -20 mV - -100 mV.

Hermoston impulssit

Hermopulssi johtaa natriumkanavien avaamiseen, luo epätasapainon kalvossa ja sanotaan olevan "depolarisoitu". Koska sillä on positiivinen varaus, kuorman kääntö tapahtuu kalvon sisäpuolella.

Kun asetetut päät, kaliumkanavien aukko tapahtuu, täytetään solujen sisäiset varaukset. Tällä hetkellä natriumkaliumipumppu pitää mainittujen ionien konsentraation vakiona.

estäjät

Kalium natriumpumppu voidaan estää sydänglykosidi-ouabiinilla. Kun tämä yhdiste saavuttaa solun pinnan, se kilpailee ionien sitoutumiskohtien suhteen. Myös muita glykosideja, kuten digoksiinia, inhiboi se.

viittaukset

1. Curtis, H., & Schnek, A. (2006). Kutsu biologiaan. Ed. Panamericana Medical.
2. Hill, R. W., Wyse, G. A., Anderson, M., ja Anderson, M. (2004). Eläinten fysiologia. Sinauer Associates.
3. Randall, D., Burggren, W. W., Burggren, W., ranska, K., ja Eckert, R. (2002). Eckertin eläinfysiologia. Macmillan.
4. Skou, J.C. & Esmann, M. (1992). Na, k-atpase. Bioenergiatekniikan ja biomembraanien lehti, 24(3), 249 - 261.
5. Uribe, R. R., ja Bestene, J. A. Toksikologian. Käytännöt ja menettelyt. Kliinisen käytännön ohjeet Vol. 2, tilavuus IV. Pontificia Universidad Javeriana.