Funkcja pompy potasowej, funkcje i znaczenie



The pompa sodowa potasu jest aktywnym mechanizmem transportu komórkowego, który porusza jony sodu (Na+) od wnętrza komórki na zewnątrz i jonu potasu (K+) w przeciwnym kierunku. Pompa jest odpowiedzialna za utrzymanie gradientów stężenia charakterystycznych dla obu jonów.

Ten transport jonów zachodzi w stosunku do normalnych gradientów stężenia, ponieważ gdy jon jest bardzo skoncentrowany w komórce, ma tendencję do pozostawiania go w celu dopasowania do stężeń z zewnątrz. Pompa potasowo-sodowa łamie tę zasadę i do tego wymaga energii w postaci ATP.

W rzeczywistości pompa ta jest wzorcowym przykładem aktywnego transportu komórkowego. Pompa jest utworzona przez kompleks o charakterze enzymatycznym, który wykonuje ruchy jonów wewnątrz i na zewnątrz komórki. Jest obecny we wszystkich błonach komórek zwierzęcych, chociaż jest bardziej obfity w pewnych typach, takich jak neurony i komórki mięśniowe.

Jony sodu i potasu są kluczowe dla różnych funkcji biologicznych, takich jak między innymi utrzymanie i regulacja objętości komórek, transmisja impulsów nerwowych, generowanie skurczów mięśni..

Indeks

  • 1 Operacja
    • 1.1 Podstawowe zasady transportu komórkowego
    • 1.2 Transport aktywny i pasywny
    • 1.3 Charakterystyka pompy sodowo-potasowej
    • 1.4 Jak działa pompa sodowo-potasowa?
    • 1.5 ATPaza
    • 1.6 Regeniczne i elektrogeniczne pompy jonowe
    • 1.7 Prędkość pompy
    • 1.8 Kinetyka transportu
  • 2 Funkcje i znaczenie
    • 2.1 Kontrola objętości komórek
    • 2.2 Odpoczynkowy potencjał błony
    • 2.3 Impulsy nerwowe
  • 3 Inhibitory
  • 4 odniesienia

Operacja

Podstawowe zasady transportu komórkowego

Przed dogłębnym zbadaniem działania pompy sodowo-potasowej konieczne jest zrozumienie i zdefiniowanie terminów najczęściej używanych w kontekście transportu komórkowego.

Komórki nieustannie wymieniają materiały ze środowiskiem zewnętrznym. Ten ruch występuje dzięki obecności półprzepuszczalnych błon lipidowych, które umożliwiają cząsteczkom wejście i wyjście z wygody komórki; membrany są wysoce selektywnymi jednostkami.

Biomembrany nie składają się wyłącznie z lipidów; mają też szereg białek związanych z nimi, które mogą je przekroczyć lub zakotwiczyć się do nich innymi drogami.

Biorąc pod uwagę niepolarne zachowanie wnętrza membran, wejście substancji polarnych jest zagrożone. Jednak przemieszczenie molekuł polarnych jest konieczne do spełnienia różnych procesów; dlatego komórka musi mieć mechanizmy, które umożliwiają przejście tych polarnych cząsteczek.

Przejście cząsteczek przez błony można wyjaśnić zasadami fizycznymi. Dyfuzja to losowy ruch cząsteczek z obszarów o wysokim stężeniu do regionów, w których stężenie jest niższe.

Ponadto ruch wody przez membrany półprzepuszczalne tłumaczy się osmozą, procesem, w którym przepływ wody wystąpi tam, gdzie występuje wyższe stężenie substancji rozpuszczonych..

Transport aktywny i pasywny

W zależności od zużycia energii, transport przez membrany jest klasyfikowany jako pasywny i aktywny. 

Gdy substancja rozpuszczona jest transportowana pasywnie, robi to tylko na korzyść gradientów stężenia, zgodnie z zasadą prostej dyfuzji.

Może to zrobić przez błonę, przez kanały wodne lub używając cząsteczki transportującej, która ułatwia ten proces. Rolą cząsteczki transportera jest „maskowanie” substancji polarnej, aby mogła przejść przez błonę.

Nadchodzi punkt, w którym substancje rozpuszczone zrównują ich stężenia po obu stronach membrany i przepływ zatrzymuje się. Jeśli chcesz przesunąć cząsteczkę w pewnym kierunku, musisz wstrzyknąć energię do systemu.

W przypadku naładowanych cząsteczek należy wziąć pod uwagę gradient stężenia i gradient elektryczny.

Komórka inwestuje dużo energii w utrzymanie tych gradientów z dala od równowagi, dzięki istnieniu aktywnego transportu, który wykorzystuje ATP do przemieszczania cząstek do obszarów o wysokim stężeniu.

Charakterystyka pompy sodowo-potasowej

Wewnątrz komórek stężenie potasu jest około 10 do 20 razy wyższe w porównaniu z powierzchnią komórki. W ten sam sposób stężenie jonów sodu jest znacznie wyższe na zewnątrz komórki.

Mechanizmem odpowiedzialnym za utrzymanie tych gradientów stężenia jest pompa sodowo-potasowa, utworzona przez enzym zakotwiczony w błonie plazmatycznej w komórkach zwierzęcych..

Jest typu antyportowego, ponieważ wymienia rodzaj cząsteczki z jednej strony membrany na inną. Transport sodu odbywa się na zewnątrz, podczas gdy transport potasu odbywa się wewnątrz.

Jeśli chodzi o proporcje, pompa wymaga obowiązkowej wymiany dwóch jonów potasu z zewnątrz przez trzy jony sodu z wnętrza komórki. Gdy występuje niedobór jonów potasu, nie można przeprowadzić wymiany jonów sodu, które normalnie wystąpiłyby.

Jak działa pompa sodowo-potasowa?

Początkowym etapem jest utrwalenie trzech jonów sodu w białku ATPazy. Następuje rozkład ATP w ADP i fosforanie; fosforan uwalniany w tej reakcji jest związany z białkiem, powodując zmianę konformacyjną w kanałach transportowych.

Etap ten jest znany jako fosforylacja białka. Dzięki tym modyfikacjom jony sodu są wydalane na zewnątrz komórki. Następnie następuje połączenie dwóch jonów potasu z zewnątrz.

W białku grupy fosforanowe są odłączone (białko jest defosforylowane) i białko powraca do swojej struktury początkowej. Na tym etapie jony potasu mogą wejść.

ATPase

Strukturalnie „pompa” jest enzymem typu ATPazy, który ma miejsca wiązania dla jonów sodu i ATP na powierzchni zwróconej w stronę cytoplazmy, aw części zwróconej w stronę zewnętrzną komórki znajdują się miejsca wiązanie potasu.

W komórkach ssaków wymiana cytoplazmatycznych jonów Na + przez zewnątrzkomórkowe jony K + odbywa się za pośrednictwem enzymu zakotwiczonego w błonie, zwanego ATPazą. Wymiana jonów przekłada się na potencjał błonowy.

Enzym ten składa się z dwóch polipeptydów błonowych z dwiema podjednostkami: alfa 112 kD i beta 35 kD.

Pompy jonowe, regeniczne i elektrogeniczne

Ponieważ ruch jonów przez membrany jest nierówny (dwa jony potasu dla trzech jonów sodu), ruch sieci na zewnątrz wiąże się z dodatnim ładunkiem na cykl pompowania.

Pompy te nazywane są reogenicznymi, ponieważ pociągają za sobą ruch netto ładunków i wytwarzają transbłonowy prąd elektryczny. W przypadku, gdy prąd generuje wpływ na napięcie membrany, pompa nazywana jest elektrogeniczną.

Prędkość pompy

W warunkach normalności ilość jonów sodu pompowanych na zewnątrz komórki jest równa liczbie jonów wchodzących do komórki, więc przepływ netto ruchu jest równy zero.

Ilość jonów, które istnieją na zewnątrz i wewnątrz komórki, zależy od dwóch czynników: prędkości, z jaką występuje aktywny transport sodu i prędkości, z jaką wchodzi on ponownie w procesach dyfuzji.

Logicznie rzecz biorąc, prędkość wejścia przez dyfuzję określa prędkość wymaganą przez pompę w celu utrzymania wymaganego stężenia w środowiskach wewnątrz i zewnątrzkomórkowych. Gdy stężenie wzrasta, pompa zwiększa swoją prędkość.

Kinetyka transportu

Aktywny transport wykazuje kinetykę Michaelisa-Mentena, charakterystyczną dla znacznej liczby enzymów. Podobnie jest hamowany przez analogiczne cząsteczki.

Funkcje i znaczenie

Kontrola objętości komórek

Pompa sodowo-potasowa odpowiada za utrzymanie optymalnej objętości komórek. System ten wspomaga wyjście jonów sodu; dlatego środowisko pozakomórkowe uzyskuje ładunki dodatnie. Z powodu przyciągania ładunków jony gromadzą się z ładunkami ujemnymi, takimi jak jony chloru lub wodorowęglanu.

W tym momencie płyn pozakomórkowy ma znaczną ilość jonów, która generuje ruch wody z wnętrza komórki na zewnątrz - przez osmozę - w celu rozcieńczenia tych substancji rozpuszczonych.

Odpoczynkowy potencjał błony

Pompa sodowo-potasowa znana jest ze swojej roli w impulsie nerwowym. Komórki nerwowe, zwane neuronami, są aktywne elektrycznie i wyspecjalizowane w transporcie impulsowym. W neuronach można mówić o „potencjale błonowym”.

Potencjał błonowy występuje, gdy występuje nierówność stężenia jonów po obu stronach membrany. Ponieważ wnętrze komórki ma duże ilości potasu, a na zewnątrz jest dużo sodu, istnieje potencjał.

Potencjał błonowy można rozróżnić, gdy komórka jest w spoczynku (nie ma aktywnych ani postsynaptycznych zdarzeń), a także potencjał czynnościowy.

Gdy komórka jest w spoczynku, ustalony jest potencjał -90 mV i ta wartość jest utrzymywana głównie przez pompę potasu sodu. W większości badanych komórek potencjały spoczynkowe mieszczą się w zakresie od -20 mV do -100 mV.

Nerwowe impulsy

Impuls nerwowy prowadzi do otwarcia kanałów sodowych, powoduje brak równowagi w błonie i mówi się, że jest „depolaryzowany”. Ponieważ ma ładunek dodatni, następuje odwrócenie obciążenia po wewnętrznej stronie membrany.

Gdy narzucone końce, następuje otwarcie kanałów potasowych, aby uzupełnić ładunki wewnątrz komórki. W tym czasie pompa sodowo-potasowa utrzymuje stężenie wymienionych jonów na stałym poziomie.

Inhibitory

Pompa potasowo-sodowa może być hamowana przez glikozyd nasercowy ouabinę. Gdy ten związek dociera do powierzchni komórki, konkuruje o miejsca wiązania jonów. Jest także hamowany przez inne glikozydy, takie jak digoksyna.

Referencje

  1. Curtis, H. i Schnek, A. (2006). Zaproszenie do biologii. Ed. Panamericana Medical.
  2. Hill, R.W., Wyse, G.A., Anderson, M. i Anderson, M. (2004). Fizjologia zwierząt. Sinauer Associates.
  3. Randall, D., Burggren, W. W., Burggren, W., francuski, K., i Eckert, R. (2002). Fizjologia zwierząt Eckert. Macmillan.
  4. Skou, J. C., i Esmann, M. (1992). Na, k-atpaza. Dziennik bioenergetyki i biomembran, 24(3), 249-261.
  5. Uribe, R. R. i Bestene, J. A. Toksykologia. Praktyki i procedury. Wytyczne dotyczące praktyki klinicznej Tom 2, tom IV. Pontificia Universidad Javeriana.