Funkce sodíku draselného čerpadla, funkce a význam



sodíkové čerpadlo draslíku je aktivní buněčný transportní mechanismus, který pohybuje ionty sodíku (Na+) z vnitřku buňky ven a draslíku (K+) v opačném směru. Čerpadlo je zodpovědné za udržování gradientů koncentrace charakteristických pro oba ionty.

Tento transport iontů probíhá proti normálním koncentračním gradientům, protože když je iont velmi koncentrovaný v buňce, má tendenci ho ponechat, aby odpovídal koncentracím vnějšku. Sodná pumpa draslíku tuto zásadu porušuje a vyžaduje to energii ve formě ATP.

Ve skutečnosti je toto čerpadlo modelovým příkladem aktivního buněčného transportu. Čerpadlo je tvořeno komplexem enzymatické povahy, který provádí pohyby iontů uvnitř a vně buňky. Je přítomen ve všech membránách živočišných buněk, i když je v některých typech, jako jsou neurony a svalové buňky, hojnější..

Ionty sodíku a draslíku jsou klíčové pro různé biologické funkce, jako je udržování a regulace objemu buněk, přenos nervových impulsů, vytváření svalových kontrakcí, mimo jiné..

Index

  • 1 Provoz
    • 1.1 Základní principy buněčného transportu
    • 1.2 Aktivní a pasivní doprava
    • 1.3 Charakteristika sodíkového čerpadla
    • 1.4 Jak funguje sodíková draselná pumpa?
    • 1,5 ATPáza
    • 1.6 Regenic a elektrogenní iontová čerpadla
    • 1.7 Otáčky čerpadla
    • 1.8 Dopravní kinetika
  • 2 Funkce a význam
    • 2.1 Regulace objemu buňky
    • 2.2 Odpočívající membránový potenciál
    • 2.3 Nervové impulsy
  • 3 Inhibitory
  • 4 Odkazy

Provoz

Základní principy buněčného transportu

Před prozkoumáním hloubky provozu sodíko-draselného čerpadla je nezbytné porozumět a definovat pojmy, které jsou nejpoužívanější z hlediska buněčného transportu..

Buňky jsou ve stálé výměně materiálů s jejich vnějším prostředím. K tomuto pohybu dochází díky přítomnosti semipermeabilních lipidových membrán, které umožňují molekulám vstupovat a vystupovat v pohodlí buňky; membrány jsou vysoce selektivní entity.

Biomembrány nejsou složeny pouze z lipidů; mají také řadu proteinů vázaných na ně, které je mohou skrze ně překonat nebo se k nim ukotvit jinými způsoby.

Vzhledem k nepolárnímu chování vnitřku membrán je vstup polárních látek ohrožen. Vymístění polárních molekul je však nezbytné pro splnění různých procesů; proto musí mít buňka mechanismy, které umožňují průchod těchto polárních molekul.

Průchod molekul membránami lze vysvětlit fyzikálními principy. Difúze je náhodný pohyb molekul z oblastí s vysokou koncentrací do oblastí, kde je koncentrace nižší.

Také pohyb vody semipermeabilními membránami je vysvětlen osmózou, což je proces, při kterém dochází k proudění vody tam, kde je vyšší koncentrace rozpuštěných látek..

Aktivní a pasivní doprava

V závislosti na použití energie nebo ne, je transport přes membrány klasifikován jako pasivní a aktivní. 

Když je solut transportován pasivně, činí tak jen ve prospěch koncentračních gradientů podle principu jednoduché difúze.

To může udělat přes membránu, přes vodní kanály nebo pomocí transportní molekuly, která usnadňuje proces. Úlohou transportní molekuly je "maskovat" polární látku tak, aby mohla procházet membránou.

Přichází bod, ve kterém soluty vyrovnávají své koncentrace na obou stranách membrány a průtok se zastavuje. Pokud chcete přesunout molekulu v určitém směru, budete muset do systému vložit energii.

V případě nabitých molekul musí být vzat v úvahu gradient koncentrace a elektrický gradient.

Buňka investuje hodně energie do udržování těchto gradientů od rovnováhy, a to díky existenci aktivního transportu, který využívá ATP k přesunu částic do oblastí s vysokou koncentrací..

Charakteristika sodíkového čerpadla

Uvnitř buněk je koncentrace draslíku přibližně 10 až 20krát vyšší ve srovnání s exteriérem buněk. Stejně tak koncentrace iontů sodíku je mnohem vyšší mimo buňku.

Mechanismus zodpovědný za udržování těchto gradientů koncentrace je sodíková draselná pumpa, tvořená enzymem ukotveným v plazmatické membráně v živočišných buňkách..

Jedná se o typ antiportu, protože vyměňuje druh molekuly z jedné strany membrány za druhou. Přeprava sodíku probíhá směrem ven, zatímco transport draslíku probíhá uvnitř.

Pokud jde o proporce, čerpadlo vyžaduje povinnou výměnu dvou draselných iontů z vnějšku třemi ionty sodíku z vnitřku článku. Když je nedostatek draslíkových iontů, výměna sodíkových iontů, která by se normálně vyskytovala, nemůže být provedena.

Jak funguje sodíková draselná pumpa?

Prvním krokem je fixace tří sodných iontů v ATPázovém proteinu. Rozpad ATP v ADP a fosfátu se vyskytuje; fosfát uvolněný v této reakci je spojen s proteinem, což indukuje konformační změnu v transportních kanálech.

Krok je znám jako fosforylace proteinu. S těmito modifikacemi se sodíkové ionty vypudí ven z buňky. Následně dojde ke spojení dvou draslíkových iontů zvenčí.

V proteinu jsou fosfátové skupiny rozpojeny (protein je defosforylován) a protein se vrací do své počáteční struktury. V této fázi mohou vstupovat draselné ionty.

ATPáza

Strukturálně je "pumpa" enzym typu ATPázy, který má vazebná místa pro sodíkové ionty a ATP na povrchu, který je obrácen k cytoplazmě, a v části, která je obrácena k vnějšímu povrchu buněk, jsou místa, kde se nacházejí pro draslík.

V savčích buňkách je výměna cytoplazmatických iontů Na + extracelulárními ionty K + zprostředkována enzymem ukotveným na membráně, zvaným ATPáza. Výměna iontů se promítá do membránového potenciálu.

Tento enzym se skládá ze dvou membránových polypeptidů se dvěma podjednotkami: alfa 112 kD a beta 35 kD.

Iontová čerpadla, regenická a elektrogenní

Protože pohyb iontů membránami je nerovnoměrný (dva draselné ionty pro tři sodíkové ionty), pohyb sítě směrem ven zahrnuje kladný náboj na jeden čerpací cyklus..

Tato čerpadla se nazývají reogenní, protože zahrnují čistý pohyb nábojů a produkují transmembránový elektrický proud. V případě, kdy proud generuje vliv na napětí membrány, je čerpadlo označováno jako elektrogenní.

Rychlost čerpadla

Za podmínek normality se množství sodíkových iontů čerpaných do vnějšího prostoru buňky rovná počtu iontů vstupujících do buňky, takže čistý tok pohybu je roven nule..

Množství iontů, které existují mimo a uvnitř buňky, je určeno dvěma faktory: rychlostí, při které dochází k aktivnímu transportu sodíku, a rychlostí, s jakou vstupuje do procesu opět difuzním procesem.

Rychlost vstupu difuzí určuje logicky rychlost potřebnou čerpadlem pro udržení požadované koncentrace v intracelulárním a extracelulárním prostředí. Když se koncentrace zvýší, čerpadlo zvýší svou rychlost.

Dopravní kinetika

Aktivní transport vykazuje kinetiku Michaelis-Menten, charakteristickou pro značný počet enzymů. Podobně je inhibován analogickými molekulami.

Funkce a význam

Kontrola objemu buněk

Čerpadlo sodíku draselného je zodpovědné za udržování optimálního objemu buněk. Tento systém podporuje výstup sodíkových iontů; proto extracelulární prostředí získává kladné poplatky. V důsledku přitažlivosti nábojů se ionty akumulují s negativními náboji, jako jsou například chlor nebo hydrogenuhličitanové ionty.

V tomto bodě má extracelulární tekutina značné množství iontů, které generují pohyb vody z vnitřku buňky ven - osmózou - aby se tyto rozpuštěné látky ředily..

Klidový potenciál klidu

Čerpadlo sodíku draselného je známé svou úlohou v nervovém impulsu. Nervové buňky, nazývané neurony, jsou elektricky aktivní a specializované pro impulsní transport. V neuronech můžete mluvit o „membránovém potenciálu“.

K membránovému potenciálu dochází, když je na obou stranách membrány nerovnováha iontové koncentrace. Vzhledem k tomu, že vnitřek buňky má velké množství draslíku a venku je bohatý na sodík, je zde zmíněný potenciál.

Membránový potenciál lze rozlišit, když je buňka v klidu (neexistují žádné aktivní nebo postsynaptické události), stejně jako akční potenciál.

Když je buňka v klidu, je stanoven potenciál -90 mV a tato hodnota je udržována hlavně pomocí sodíkového čerpadla. Ve většině studovaných buněk jsou klidové potenciály v rozmezí -20 mV až -100 mV.

Nervové impulsy

Nervový impuls vede k otevření sodíkových kanálů, vytváří nerovnováhu v membráně a říká se, že je "depolarizován". Protože má kladný náboj, dochází k obrácení zátěže na vnitřní straně membrány.

Když skončí, dojde k otevření draslíkových kanálů, aby se naplnily náboje uvnitř buňky. V této době udržuje sodíkové draselné čerpadlo koncentraci uvedených iontů konstantní.

Inhibitory

Sodná pumpa draselná může být inhibována srdečním glykosidem ouabinem. Když tato sloučenina dosáhne povrchu buňky, soutěží o vazebná místa iontů. Je také inhibován jinými glykosidy, jako je digoxin.

Odkazy

  1. Curtis, H., & Schnek, A. (2006). Pozvánka na biologii. Panamericana Medical.
  2. Hill, R.W., Wyse, G.A., Anderson, M., Anderson, M. (2004). Fyziologie živočichů. Sinauer Associates.
  3. Randall, D., Burggren, W. W., Burggren, W., French, K., & Eckert, R. (2002). Eckertova fyziologie zvířat. Macmillan.
  4. Skou, J. C., & Esmann, M. (1992). Na, k-atpáza. Žurnál bioenergetiky a biomembrán, 24(3), 249-261.
  5. Uribe, R. R., & Bestene, J. A. Toxikologie. Postupy a postupy. Pokyny pro klinickou praxi Svazek 2, svazek IV. Pontificia Universidad Javeriana.