Функция, функции и значение на натриево-калиевата помпа

на помпа калиев натрий е активен клетъчен транспортен механизъм, който движи натриевите йони (Na⁺) от вътрешността на клетката отвън и калиевия йон (К⁺) в обратна посока. Помпата е отговорна за поддържането на градиентите на концентрация, характерни за двата йона.

Този йонен транспорт се осъществява срещу нормални градиенти на концентрация, защото когато йонът е много концентриран в клетката, той има тенденция да го остави да съответства на концентрациите отвън. Помпата с калиев натрий нарушава този принцип и за тази цел се изисква енергия под формата на АТФ.

Всъщност, тази помпа е примерен пример за активен клетъчен транспорт. Помпата се формира от комплекс от ензимна природа, който извършва движенията на йони вътре и извън клетката. Той присъства във всички мембрани на животински клетки, въпреки че е по-обилен в някои видове, като неврони и мускулни клетки..

Натриевите и калиевите йони са от решаващо значение за различни биологични функции, като поддържането и регулирането на клетъчния обем, предаването на нервните импулси, генерирането на мускулни контракции и др..

индекс

• 1 Операция
  • 1.1 Основни принципи на клетъчния транспорт
  • 1.2 Активен и пасивен транспорт
  • 1.3 Характеристики на натриева калиева помпа
  • 1.4 Как работи натриевата калиева помпа?
  • 1.5 АТРаза
  • 1.6 Регенични и електрогенни йонни помпи
  • 1.7 Скорост на помпата
  • 1.8 Транспортна кинетика
• 2 Функции и значение
  • 2.1 Контрол на клетъчния обем
  • 2.2 Потенциал на мембраната за почивка
  • 2.3 Нервни импулси
• 3 Инхибитори
• 4 Препратки

операция

Основни принципи на клетъчния транспорт

Преди да се проучи в дълбочина работата на натриево-калиевата помпа, е необходимо да се разберат и определят най-използваните термини за клетъчния транспорт.

Клетките са в постоянен обмен на материали с тяхната външна среда. Това движение става благодарение на наличието на полупропускливи липидни мембрани, които позволяват на молекулите да влизат и излизат при удобството на клетката; мембраните са силно селективни единици.

Биомембраните не са съставени само от липиди; те също имат поредица от протеини, свързани с тях, които могат да ги пресекат или да се закотвят с тях по други пътища.

Като се има предвид неполярното поведение на вътрешността на мембраните, навлизането на полярните вещества е компрометирано. Въпреки това, изместването на полярните молекули е необходимо, за да се съобразят с различни процеси; следователно клетката трябва да има механизми, които позволяват преминаването на тези полярни молекули.

Преминаването на молекули през мембраните може да се обясни с физични принципи. Дифузията е случайното движение на молекули от области с висока концентрация в райони, където концентрацията е по-ниска.

Също така, движението на водата през полупропускливи мембрани се обяснява с осмоза, процес, при който водният поток ще се появи, когато има по-висока концентрация на разтворените вещества..

Активен и пасивен транспорт

В зависимост от използването или не на енергията, транспортирането през мембраните се класифицира като пасивно и активно. 

Когато едно вещество се транспортира пасивно, то го прави само в полза на градиентите на концентрация, следвайки принципа на проста дифузия.

Той може да го направи през мембраната, през водни канали или като използва транспортна молекула, която улеснява процеса. Ролята на транспортната молекула е да "маскира" полярна субстанция, така че тя да може да премине през мембраната.

Идва точка, в която разтворените вещества са приравнили концентрациите си от двете страни на мембраната и потокът спира. Ако искате да преместите молекулата в някаква посока, ще трябва да инжектирате енергия в системата.

В случай на заредени молекули, градиентът на концентрация и електрическият градиент трябва да бъдат взети под внимание.

Клетката инвестира много енергия, за да поддържа тези градиенти далеч от равновесието, благодарение на наличието на активен транспорт, който използва АТФ, за да премести частица в области с висока концентрация..

Характеристики на натриева калиева помпа

В клетките концентрацията на калий е около 10 до 20 пъти по-висока в сравнение с външната страна на клетките. По същия начин, концентрацията на натриеви йони е много по-висока извън клетката.

Механизмът, отговорен за поддържането на тези концентрационни градиенти, е натриевата калиева помпа, образувана от ензим, прикрепен към плазмената мембрана в животински клетки..

Той е от типа на антипорта, тъй като обменя един вид молекула от едната страна на мембраната за друга. Транспортирането на натрий се извършва навън, докато вътре в него се осъществява транспортирането на калий.

Що се отнася до съотношенията, помпата изисква задължителна обмяна на два калиеви йона отвън с три натриеви йона от вътрешността на клетката. Когато има недостиг на калиеви йони, обменът на натриеви йони, който обикновено се случва, не може да се осъществи.

Как работи натриевата калиева помпа?

Първоначалната стъпка е фиксирането на трите натриеви йона в АТФазния протеин. Настъпва разграждането на АТР в ADP и фосфата; фосфатът, освободен при тази реакция, е свързан с протеина, предизвиквайки конформационна промяна в транспортните канали.

Стъпката е известна като фосфорилиране на протеина. При тези модификации натриевите йони се изхвърлят навън от клетката. Впоследствие се осъществява обединението на двата калиеви йона отвън.

В протеина фосфатните групи са несвързани (протеинът се дефосфорилира) и протеинът се връща към първоначалната си структура. На този етап могат да влязат калиеви йони.

ATPase

Структурно "помпата" е ензим от АТФазния тип, който има свързващи места за натриеви йони и АТР на повърхността, която е изправена пред цитоплазмата, и в частта, която е изправена пред външната част на клетката, са местата на свързване за калий.

В клетките на бозайници обменът на цитоплазмени Na ​​+ йони с извънклетъчни K + йони се медиира от ензим, закотвен за мембраната, наречен ATPase. Обмяната на йони се превръща в мембранния потенциал.

Този ензим се състои от два мембранни полипептида с две субединици: алфа 112 kD и бета 35 kD.

Йонни помпи, регенични и електрогенни

Тъй като движението на йони през мембраните е неравномерно (два калиеви йона за три натриеви йона), нетното движение към външната страна включва положителен заряд на помпения цикъл..

Тези помпи се наричат ​​реогенни, тъй като включват мрежово движение на зарядите и произвеждат трансмембранни електрически токове. В случая, когато токът генерира ефект върху мембранното напрежение, помпата се нарича електрогенна.

Скорост на помпата

При условия на нормалност количеството натриеви йони, изпомпвани към външната клетка, е равно на броя на йони, влизащи в клетката, така че нетният поток на движението е равен на нула.

Количеството йони, които съществуват извън и вътре в клетката, се определя от два фактора: скоростта, с която се осъществява активният транспорт на натрия и скоростта, с която тя влиза отново през дифузионните процеси..

Логично, скоростта на влизане чрез дифузия определя скоростта, изисквана от помпата, за да се поддържа необходимата концентрация в интра- и извънклетъчната среда. Когато концентрацията се увеличи, помпата увеличава скоростта си.

Транспортна кинетика

Активен транспорт показва кинетиката на Michaelis-Menten, характерна за значителен брой ензими. По същия начин, той се инхибира от аналогични молекули.

Функции и значение

Контрол на клетъчния обем

Натриевата калиева помпа е отговорна за поддържането на оптимален обем на клетките. Тази система подпомага излизането на натриеви йони; следователно извънклетъчната среда придобива положителни заряди. Поради привличането на заряди, йоните се натрупват с отрицателни заряди, като хлорни или бикарбонатни йони.

В този момент извънклетъчната течност има значително количество йони, които генерират движение на вода от вътрешността на клетката навън - чрез осмоза - за разреждане на тези разтворени вещества.

Потенциал на мембраната в покой

Натриевата калиева помпа е известна с ролята си в нервния импулс. Нервните клетки, наречени неврони, са електрически активни и специализирани за импулсен транспорт. В невроните можете да говорите за "мембранния потенциал".

Мембранният потенциал се появява, когато има неравенство на йонната концентрация от двете страни на мембраната. Тъй като вътрешността на клетката има големи количества калий, а външната страна е богата на натрий, се говори за потенциал.

Мембранният потенциал може да бъде разграничен, когато клетката е в покой (няма активни или постсинаптични събития), както и потенциала на действие.

Когато клетката е в покой, се установява потенциал от -90 mV и тази стойност се поддържа главно от натриевата калиева помпа. В по-голямата част от изследваните клетки потенциалите за почивка са в интервала между -20 mV и -100 mV.

Нервни импулси

Нервният импулс води до отваряне на натриеви канали, създава дисбаланс в мембраната и се казва, че е "деполяризиран". Тъй като има положителен заряд, на вътрешната страна на мембраната се появява обрат на натоварването.

Когато наложените краища се появят, отварянето на калиевите канали става за попълване на зарядите в клетката. По това време натриевата помпа поддържа концентрацията на споменатите йони постоянна.

инхибитори

Калиево-натриевата помпа може да бъде инхибирана от сърдечния гликозид ouabine. Когато това съединение достигне повърхността на клетката, то се конкурира за местата на свързване на йони. Той също се инхибира от други гликозиди като дигоксин.

препратки

1. Curtis, H., & Schnek, A. (2006). Покана за биология. Ed. Panamericana Medical.
2. Hill, R.W., Wyse, G.A., Anderson, M., & Anderson, M.. Физиология на животните. Sinauer Associates.
3. Randall, D., Burggren, W. W., Burggren, W., French, K.. Физиология на животните на Екерт. Macmillan.
4. Skou, J.C., & Esmann, M. (1992). На, k-atpase. Вестник по биоенергетика и биомембрани, 24(3), 249-261.
5. Uribe, R. R., & Bestene, J.A.. Токсикология. Практики и процедури. Указания за клинична практика Том 2, том IV. Университетски университет Хавериана.