Naatriumkaaliumi pumba funktsioon, funktsioonid ja tähtsus
The kaaliumnaatriumpump on aktiivne rakulise transpordi mehhanism, mis liigub naatriumioone (Na+) raku sisemusest väljapoole ja kaaliumioon (K+) vastupidises suunas. Pump vastutab mõlemale ioonile iseloomulike kontsentratsioonigradientide säilitamise eest.
See ioonitransport toimub normaalsete kontsentratsioonigradientide vastu, sest kui ioon on väga kontsentreeritud rakus, siis kaldub see jätma selle kontsentratsiooniga vastavusse. Kaaliumnaatriumpump purustab seda põhimõtet ja nõuab selleks energiat ATP kujul.
Tegelikult on see pump aktiivse mobiilside mudel. Pumba moodustavad ensümaatilise kompleksi, mis teostab ioonide liikumist rakus ja väljaspool seda. Seda esineb kõigis loomarakkude membraanides, kuigi see on teatud tüüpi, näiteks neuronite ja lihasrakkude poolest rikkam..
Naatriumi ja kaaliumi ioonid on olulised mitmesuguste bioloogiliste funktsioonide jaoks, nagu raku mahu säilitamine ja reguleerimine, närviimpulsside ülekanne, lihaskontraktsioonide teke..
Indeks
- 1 Toiming
- 1.1 Mobiilside põhiprintsiibid
- 1.2 Aktiivne ja passiivne transport
- 1.3 Naatriumkaali pumba omadused
- 1.4 Kuidas toimib naatriumkaali pump?
- 1.5 ATPaas
- 1.6 Regenilised ja elektrogeensed ioonpumbad
- 1.7 Pumba kiirus
- 1.8 Transpordi kineetika
- 2 Funktsioonid ja tähtsus
- 2.1 Rakkude mahu kontroll
- 2.2 Membraanipotentsiaal
- 2.3 Närvisüsteemid
- 3 inhibiitorit
- 4 Viited
Toimimine
Mobiilside põhiprintsiibid
Enne naatrium-kaaliumpumba toimimise põhjalikuks uurimist on vaja mõista ja määratleda mobiilsidetranspordis kasutatavaid termineid..
Rakud vahetavad pidevalt materjale oma väliskeskkonnaga. See liikumine toimub tänu pooleldi läbilaskvatele lipiidmembraanidele, mis võimaldavad molekulidel siseneda ja väljuda raku mugavusest; membraanid on väga selektiivsed.
Biomembraanid ei koosne ainult lipiididest; neil on ka rida valke, mis on seotud nendega, mis võivad neid ületada või kinnitada end teiste marsruutidega.
Arvestades membraanide sisemuse apolaarset käitumist, on polaarsete ainete sisenemine ohus. Polaarsete molekulide nihkumine on siiski vajalik erinevate protsesside järgimiseks; seetõttu peab rakul olema mehhanismid, mis võimaldavad nende polaarsete molekulide transiiti.
Molekulide läbipääsu membraanide kaudu saab selgitada füüsiliste põhimõtetega. Difusioon on molekulide juhuslik liikumine kõrge kontsentratsiooniga piirkondadest piirkondadesse, kus kontsentratsioon on madalam.
Samuti selgitatakse vee liikumist läbi poolläbilaskvate membraanide osmoosi - protsessi, mille käigus tekib veevool, kus on suurem lahustuvate ainete kontsentratsioon..
Aktiivne ja passiivne transport
Sõltuvalt energia kasutamisest või mitte, liigitatakse membraanide kaudu passiivne ja aktiivne.
Kui lahustunud aine transporditakse passiivselt, siis teeb ta seda üksnes kontsentratsioonigradientide kasuks, järgides lihtsa difusiooni põhimõtet.
See võib läbi viia läbi membraani, läbi veekanalite või kasutades transpordi hõlbustavat molekuli. Transpordimolekuli roll on "varjata" polaarne aine nii, et see võib läbida membraani.
Tekib punkt, kus soluudid on võrdväärsed nende kontsentratsioonid membraani mõlemal küljel ja vool voolab. Kui soovite molekuli teatud suunas liigutada, peate süsteemi süsteemis süstima.
Laetud molekulide puhul tuleb arvesse võtta kontsentratsioonigradienti ja elektrilist gradienti.
Tänu aktiivsele transpordile, mis kasutab ATP-d osakeste liigutamiseks suure kontsentratsiooniga piirkondadesse, investeerib rakk palju energiat, et hoida need gradientid tasakaalust välja..
Naatriumkaali pumba omadused
Rakkude sees on kaaliumi kontsentratsioon umbes 10 kuni 20 korda kõrgem kui rakkude välispinnal. Samamoodi on naatriumioonide kontsentratsioon palju kõrgem väljaspool rakku.
Nende kontsentratsioonigradientide säilitamise mehhanism on naatriumkaali pump, mis on moodustatud loomsetes rakkudes plasmamembraani külge kinnitatud ensüümiga..
See on antiport-tüüpi, kuna see vahetab membraani membraani ühelt küljelt teisele. Naatriumi transport toimub väljapoole, samas kui kaaliumi transport toimub sees.
Mis puudutab proportsioone, siis nõuab pump kahe kaaliumioonide kohustuslikku vahetamist väljastpoolt kolme naatriumiooniga raku sisemusest. Kaaliumiioonide puuduse korral ei saa tavaliselt läbi viia naatriumioonide vahetust.
Kuidas naatriumkaali pump töötab?
Esimeseks sammuks on kolme naatriumiooni fikseerimine ATPaasi valgus. ATP lagunemine ADP-s ja fosfaadis toimub; selles reaktsioonis vabanenud fosfaat on seotud valkuga, mis põhjustab transpordikanalites konformatsioonilist muutust.
Etapp on tuntud kui valgu fosforüülimine. Nende modifikatsioonidega eemaldatakse naatriumiioonid raku väljastpoolt. Seejärel toimub kahe kaaliumiioonide liitumine väljastpoolt.
Valgus lahutatakse fosfaatrühmad (valk on defosforüülitud) ja valk naaseb oma algstruktuurile. Selles etapis võivad siseneda kaaliumiioonid.
ATPaas
Struktuurselt on "pump" ATPaasi tüüpi ensüüm, millel on tsütoplasma ees oleval pinnal naatriumioonide ja ATP sidumissaidid ning raku välispinna poole jäävas osas on need saidid. sidumine kaaliumiga.
Imetajarakkudes vahendab tsütoplasmaatiliste Na + ioonide vahetamist rakuvälised K + ioonid membraanile ankurdatud ensüüm, mida nimetatakse ATPaasiks. Ioonide vahetus tähendab membraani potentsiaali.
See ensüüm koosneb kahest membraanpolüpeptiidist, millel on kaks alaühikut: alfa 112 kD ja beeta 35 kD.
Ioonpumbad, regenilised ja elektrogeensed
Kuna ioonide liikumine läbi membraanide on ebavõrdne (kaks kaaliumiooni kolme naatriumiooni jaoks), siis netovahetus väljastpoolt hõlmab positiivset laengut iga pumpamistsükli kohta..
Neid pumbaid nimetatakse reogeenseteks, kuna need hõlmavad laengute netovahetust ja tekitavad transmembraanset elektrivoolu. Juhul kui vool tekitab membraani pingele mõju, nimetatakse pumpa elektrogeenseks.
Pumba kiirus
Normaalsetes tingimustes on raku välispinnale pumbatud naatriumioonide kogus võrdne rakku sisenevate ioonide arvuga, nii et liikumise netovool on võrdne nulliga.
Rakkude sees ja sees olevate ioonide koguse määravad kaks tegurit: naatriumi aktiivse transpordi kiirus ja kiirus, millega see difusiooniprotsesside kaudu uuesti siseneb..
Loogiliselt määrab difusiooni sissepääsu kiirus pumba poolt nõutava kiiruse, et säilitada vajalik kontsentratsioon intra- ja ekstratsellulaarses keskkonnas. Kui kontsentratsioon suureneb, suurendab pump kiirust.
Transpordi kineetika
Aktiivne transport näitab Michaelis-Menten kineetikat, mis on iseloomulik olulisele arvule ensüümidele. Samamoodi inhibeerivad seda analoogsed molekulid.
Funktsioonid ja tähtsus
Rakkude mahu kontroll
Naatriumkaali pump on vastutav optimaalse raku mahu säilitamise eest. See süsteem soodustab naatriumioonide väljumist; seetõttu omandab rakuväline keskkond positiivseid laenguid. Laengute atraktiivsuse tõttu kogunevad ioonid negatiivsete laengutega, nagu kloori- või bikarbonaatioonid.
Sel hetkel on ekstratsellulaarsel vedelikul märkimisväärne kogus ioone, mis tekitab vee liikumise raku seest väljapoole osmoosi teel, et lahjendada neid lahuseid..
Puhke membraani potentsiaal
Naatriumkaali pump on tuntud oma rolli kohta närviimpulssis. Närvirakud, nn neuronid, on elektriliselt aktiivsed ja spetsialiseerunud impulsi transportimisele. Neuronites saate rääkida "membraanipotentsiaalist".
Membraani potentsiaal esineb siis, kui membraani mõlemal küljel on ioonide kontsentratsioon ebavõrdne. Kuna raku sisemuses on suured kogused kaaliumi ja väljaspool on rikas naatriumi, on nimetatud potentsiaal.
Membraanipotentsiaali saab eristada, kui rakk on puhkeasendis (aktiivseid või sünteesijärgseid sündmusi ei ole), samuti toimepotentsiaali.
Kui rakk on puhkeolekus, on võimalik -90 mV potentsiaal ja seda väärtust säilitab peamiselt naatriumkaali pump. Enamikus uuritud rakkudes on puhkepotentsiaal vahemikus -20 mV kuni -100 mV.
Närvisüsteemid
Närviimpulss viib naatriumikanalite avamiseni, tekitab membraani tasakaalustamatuse ja on öeldud, et see on "depolariseeritud". Kuna sellel on positiivne laeng, toimub membraani siseküljel koormuse ümberpööramine.
Kui seatud otsad tekivad, siis kaaliumikanalite avanemine toimub raku sisendite täiendamiseks. Sel ajal hoiab naatriumkaali pumbas nimetatud ioonide kontsentratsiooni konstantsena.
Inhibiitorid
Kaaliumnaatriumpumpa saab pärssida südame glükosiid-ouabiin. Kui see ühend jõuab raku pinnale, konkureerib see ioonide seondumiskohtade suhtes. Seda inhibeerivad ka teised glükosiidid, nagu digoksiin.
Viited
- Curtis, H., & Schnek, A. (2006). Kutse bioloogiasse. Ed. Panamericana Medical.
- Hill, R.W., Wyse, G. A., Anderson, M., & Anderson, M. (2004). Loomade füsioloogia. Sinauer Associates.
- Randall, D., Burggren, W. W., Burggren, W., prantsuse keel, K. ja Eckert, R. (2002). Eckert loomade füsioloogia. Macmillan.
- Skou, J.C. & Esmann, M. (1992). Na, k-atpase. Bioenergeetika ja biomembraanide ajakiri, 24(3), 249-261.
- Uribe, R. R., & Bestene, J. A. Toksikoloogia. Praktika ja protseduurid. Kliinilise praktika juhised Vol. 2, maht IV. Pontificia Universidad Javeriana.