Натриево-калиевая помпа, функция, функции и значение



калиево-натриевый насос является активным клеточным транспортным механизмом, который перемещает ионы натрия (Na+) изнутри клетки наружу, и ион калия (K+в противоположном направлении. Насос отвечает за поддержание градиентов концентрации, характерных для обоих ионов..

Этот ионный транспорт происходит против нормальных градиентов концентрации, потому что, когда ион очень сконцентрирован в ячейке, он стремится покинуть его, чтобы соответствовать концентрациям с внешней стороной. Калиево-натриевый насос нарушает этот принцип, и для этого требуется энергия в форме АТФ.

На самом деле, этот насос является модельным примером активного клеточного транспорта. Насос образован комплексом ферментативного характера, который выполняет движения ионов внутри и снаружи клетки. Он присутствует во всех мембранах животных клеток, хотя он более распространен в определенных типах, таких как нейроны и мышечные клетки..

Ионы натрия и калия имеют решающее значение для различных биологических функций, таких как поддержание и регулирование объема клеток, передача нервных импульсов, генерация мышечных сокращений и другие..

индекс

  • 1 операция
    • 1.1 Основные принципы клеточного транспорта
    • 1.2 Активный и пассивный транспорт
    • 1.3 Характеристика натриево-калиевого насоса
    • 1.4 Как работает натриево-калиевый насос?
    • 1,5 АТФаза
    • 1.6 Регенные и электрогенные ионные насосы
    • 1.7 Скорость насоса
    • 1.8 Транспортная кинетика
  • 2 Функции и важность
    • 2.1 Регулятор громкости ячейки
    • 2.2 Потенциал покоящейся мембраны
    • 2.3 Нервные импульсы
  • 3 Ингибиторы
  • 4 Ссылки

операция

Основные принципы сотового транспорта

Прежде чем углубленно исследовать работу натриево-калиевого насоса, необходимо понять и определить термины, наиболее часто используемые в терминах клеточного транспорта..

Ячейки находятся в постоянном обмене веществ с их внешней средой. Это движение происходит благодаря наличию полупроницаемых липидных мембран, которые позволяют молекулам входить и выходить при удобстве клетки; мембраны являются высокоселективными.

Биомембраны не состоят исключительно из липидов; у них также есть ряд белков, связанных с ними, которые могут пересекать их или привязываться к ним другими путями.

Учитывая неполярное поведение внутренней части мембран, проникновение полярных веществ находится под угрозой. Однако смещение полярных молекул необходимо для соблюдения различных процессов; поэтому клетка должна иметь механизмы, которые позволяют транзит этих полярных молекул.

Прохождение молекул через мембраны можно объяснить физическими принципами. Диффузия - это случайное перемещение молекул из областей с высокой концентрацией в области, где концентрация ниже.

Кроме того, движение воды через полупроницаемые мембраны объясняется осмосом, процессом, при котором поток воды будет происходить там, где концентрация растворенных веществ выше..

Активный и пассивный транспорт

В зависимости от использования или отсутствия энергии, транспорт через мембраны классифицируется как пассивный и активный. 

Когда раствор переносится пассивно, он делает это только в пользу градиентов концентрации, следуя принципу простой диффузии.

Это может сделать это через мембрану, через водные каналы или с помощью транспортирующей молекулы, которая облегчает процесс. Роль молекулы транспортера состоит в том, чтобы «маскировать» полярное вещество, чтобы оно могло пройти через мембрану.

Наступает момент, когда растворенные вещества выравнивают свои концентрации по обе стороны мембраны, и поток прекращается. Если вы хотите переместить молекулу в каком-то направлении, вам нужно будет ввести энергию в систему.

В случае заряженных молекул необходимо учитывать градиент концентрации и электрический градиент..

Клетка вкладывает много энергии в поддержание этих градиентов вдали от равновесия, благодаря наличию активного транспорта, который использует АТФ для перемещения частицы в области высокой концентрации.

Характеристики натриево-калиевого насоса

Внутри клеток концентрация калия примерно в 10-20 раз выше, чем снаружи клетки. Точно так же концентрация ионов натрия намного выше вне клетки.

Механизмом, ответственным за поддержание этих градиентов концентрации, является натриево-калиевый насос, образованный ферментом, прикрепленным к плазматической мембране в клетках животных..

Это антипортовый тип, поскольку он обменивает молекулы с одной стороны мембраны на другую. Транспорт натрия происходит наружу, а транспорт калия - внутри..

Что касается пропорций, насос требует обязательного обмена двух ионов калия снаружи тремя ионами натрия из внутренней части клетки. Когда существует нехватка ионов калия, обмен ионов натрия, который обычно происходит, не может быть выполнен.

Как работает натриево-калиевый насос?

Начальным этапом является фиксация трех ионов натрия в белке АТФазы. Происходит распад АТФ в АДФ и фосфате; фосфат, выделяющийся в этой реакции, связан с белком, вызывая конформационные изменения в транспортных каналах.

Этап известен как фосфорилирование белка. Благодаря этим модификациям ионы натрия выводятся наружу из клетки. Впоследствии происходит объединение двух ионов калия извне..

В белке фосфатные группы разобщены (белок дефосфорилирован), и белок возвращается к своей первоначальной структуре. На этом этапе ионы калия могут поступать.

АТФазы

Конструктивно «насос» представляет собой фермент типа АТФазы, который имеет сайты связывания для ионов натрия и АТФ на поверхности, обращенной к цитоплазме, а в той части, которая обращена к внешней стороне клетки, находятся сайты связывание для калия.

В клетках млекопитающих обмен цитоплазматических ионов Na + внеклеточными ионами K + опосредуется ферментом, прикрепленным к мембране, называемым АТФазой. Обмен ионов превращается в мембранный потенциал.

Этот фермент состоит из двух мембранных полипептидов с двумя субъединицами: альфа 112 кДа и бета 35 кДа.

Ионные насосы, регенические и электрогенные

Поскольку движение ионов через мембраны неравномерно (два иона калия на три иона натрия), суммарное движение наружу включает в себя положительный заряд за цикл накачки.

Эти насосы называются реогенными, так как они связаны с чистым движением зарядов и производят трансмембранный электрический ток. В случае, когда ток оказывает влияние на мембранное напряжение, насос называется электрогенным.

Скорость насоса

В нормальных условиях количество ионов натрия, закачиваемых во внешнюю часть ячейки, равно количеству ионов, поступающих в ячейку, поэтому суммарный поток движения равен нулю..

Количество ионов, которые существуют снаружи и внутри клетки, определяется двумя факторами: скоростью, с которой происходит активный транспорт натрия, и скоростью, с которой он снова входит в процесс диффузии..

Логично, что скорость входа диффузии определяет скорость, необходимую насосу для поддержания необходимой концентрации во внутриклеточной и внеклеточной средах. Когда концентрация увеличивается, насос увеличивает свою скорость.

Транспортная кинетика

Активный транспорт проявляет кинетику Михаэлиса-Ментена, характерную для значительного количества ферментов. Кроме того, он ингибируется аналогичными молекулами.

Функции и важность

Контроль объема клетки

Натриево-калиевая помпа отвечает за поддержание оптимального объема клеток. Эта система способствует выходу ионов натрия; следовательно, внеклеточная среда приобретает положительные заряды. Из-за притяжения зарядов ионы накапливаются с отрицательными зарядами, такими как ионы хлора или бикарбоната.

В этот момент во внеклеточной жидкости содержится значительное количество ионов, которые генерируют движение воды изнутри клетки наружу - путем осмоса - для разбавления этих растворенных веществ..

Потенциал покоящейся мембраны

Натриево-калиевая помпа известна своей ролью в нервном импульсе. Нервные клетки, называемые нейронами, электрически активны и специализируются на импульсном транспорте. В нейронах можно говорить о «мембранном потенциале».

Мембранный потенциал возникает, когда существует неравенство концентрации ионов с обеих сторон мембраны. Поскольку внутренняя часть клетки содержит большое количество калия, а внешняя среда богата натрием, существует потенциал.

Мембранный потенциал можно различить, когда клетка находится в состоянии покоя (нет активных или постсинаптических событий), а также потенциал действия.

Когда ячейка находится в состоянии покоя, устанавливается потенциал -90 мВ, и это значение поддерживается в основном натриево-калиевым насосом. В большинстве исследованных клеток потенциалы покоя находятся в диапазоне от -20 до -100 мВ..

Нервные импульсы

Нервный импульс приводит к открытию натриевых каналов, создает дисбаланс в мембране и считается «деполяризованным». Поскольку он имеет положительный заряд, разворот нагрузки происходит на внутренней стороне мембраны..

Когда наложенное заканчивается, происходит открытие калиевых каналов для пополнения зарядов внутри ячейки. В это время натриево-калиевый насос поддерживает постоянную концентрацию указанных ионов..

ингибиторы

Калиево-натриевая помпа может быть подавлена ​​сердечным гликозидом уабином. Когда это соединение достигает поверхности клетки, оно конкурирует за сайты связывания ионов. Он также ингибируется другими гликозидами, такими как дигоксин.

ссылки

  1. Кертис Х. & Шнек А. (2006). Приглашение к биологии. Ed. Panamericana Medical.
  2. Hill, R.W., Wyse, G.A., Anderson, M. & Anderson, M. (2004). Физиология животных. Sinauer Associates.
  3. Рэндалл Д., Бурггрен В.В., Бурггрен В., Френч К. и Экерт Р. (2002). Эккерт Физиология животных. Macmillan.
  4. Skou, J.C. & Esmann, M. (1992). На, к-атпаза. Журнал биоэнергетики и биомембран, 24(3), 249-261.
  5. Uribe, R.R. & Bestene, J.A.. Токсикологии. Практики и процедуры. Руководство по клинической практике Том 2, том IV. Папский университет Хавериана.