Nátrium-kálium-szivattyú funkció, funkciók és fontosság

az kálium-nátrium-szivattyú egy aktív celluláris transzportmechanizmus, amely a nátriumionokat mozgatja (Na⁺) a sejt belsejétől a külsőig, és a káliumionot (K⁺) ellenkező irányba. A szivattyú felelős a mindkét ionra jellemző koncentrációs gradiens fenntartásáért.

Ez az ionátvitel a normál koncentrációgradiensekkel szemben történik, mert amikor egy ion nagyon koncentrálódik a sejtben, hajlamos arra, hogy a külső koncentrációval megegyezzen. A kálium-nátrium-szivattyú megszakítja ezt az elvet, és ehhez energia szükséges ATP formájában.

Valójában ez a szivattyú az aktív celluláris szállítás modellje. A szivattyút olyan enzimkomplexum képezi, amely a sejteken belül és kívül végzi az ionok mozgását. Az állati sejtek valamennyi membránjában jelen van, bár bizonyos típusú, például neuronok és izomsejtek bőségesebbek..

A nátrium- és káliumionok döntő szerepet játszanak a különböző biológiai funkciókban, például a sejtek térfogatának fenntartásában és szabályozásában, az idegimpulzusok átadásában, az izomösszehúzódások kialakulásában..

index

• 1 Működés
  • 1.1 A celluláris szállítás alapelvei
  • 1.2 Aktív és passzív szállítás
  • 1.3 A nátrium-kálium-szivattyú jellemzői
  • 1.4 Hogyan működik a nátrium-kálium-szivattyú?
  • 1.5 ATPáz
  • 1.6 Regenikus és elektrogén ionszivattyúk
  • 1.7 A szivattyú sebessége
  • 1.8 Szállítási kinetika
• 2 Funkciók és fontosság
  • 2.1 Sejt-térfogat-szabályozás
  • 2.2 Nyugalmi membránpotenciál
  • 2.3 Idegimpulzusok
• 3 inhibitor
• 4 Referenciák

működés

A celluláris szállítás alapelvei

Mielőtt alaposan megvizsgálnánk a nátrium-kálium-szivattyú működését, meg kell értenünk és meg kell határozni azokat a kifejezéseket, amelyeket a mobil szállítás szempontjából leginkább használnak..

A sejtek állandó anyagcserét folytatnak külső környezetükkel. Ez a mozgás a féligáteresztő lipidmembránok jelenlétének köszönhető, amelyek lehetővé teszik a molekulák belépését és kilépését a sejt kényelmében; a membránok igen szelektív entitások.

A biomembránok nem kizárólag lipidekből állnak; ők is rendelkeznek egy sor olyan fehérjével, amelyhez azok kapcsolódhatnak, amelyek más útvonalakon keresztül áthidalhatják vagy rögzíthetik magukat.

A membránok belső részének apoláris viselkedése miatt a poláris anyagok belépése veszélybe kerül. A poláris molekulák eltolódása azonban szükséges a különböző folyamatok betartásához; ezért a sejtnek olyan mechanizmusokkal kell rendelkeznie, amelyek lehetővé teszik ezeknek a poláris molekuláknak a tranzitját.

A molekulák áthaladása a membránokon keresztül fizikai alapelvekkel magyarázható. A diffúzió a molekulák véletlenszerű mozgása nagy koncentrációjú területekről olyan régiókra, ahol a koncentráció alacsonyabb.

Továbbá, a víz féligáteresztő membránokon keresztüli mozgása az ozmózissal magyarázható, melynek során a vízáramlás akkor fordul elő, ahol nagyobb az oldott anyag koncentrációja..

Aktív és passzív szállítás

Az energia felhasználásától függően a membránokon keresztüli szállítás passzív és aktív. 

Ha az oldott anyagot passzívan szállítják, akkor ez csak a koncentrációs gradiensek kedvez, az egyszerű diffúzió elvét követve.

Ez a membránon keresztül, vizes csatornákon keresztül, vagy egy, a folyamatot megkönnyítő transzportmolekula segítségével végezhető el. A transzporter molekula szerepe az, hogy "maszkolja" a poláros anyagot, hogy átjuthasson a membránon.

Olyan pont jön létre, ahol az oldott anyagok koncentrációja a membrán mindkét oldalán egyenlő, és az áramlás leáll. Ha a molekulát valamilyen irányba szeretné mozgatni, akkor energiát kell beadnia a rendszerbe.

A feltöltött molekulák esetében figyelembe kell venni a koncentráció gradienst és az elektromos gradienset.

A sejtek sok energiát fektetnek ezeknek a gradienseknek az egyensúlytól való megtartására, köszönhetően az aktív közlekedésnek, amely az ATP-t használja a részecskék nagy koncentrációjú területekre való mozgatására.

A nátrium-kálium-szivattyú jellemzői

A sejtek belsejében a káliumkoncentráció körülbelül 10-20-szor nagyobb, mint a sejt külső. Ugyanígy a nátriumionok koncentrációja sokkal magasabb a sejten kívül.

A koncentrációs gradiens fenntartásáért felelős mechanizmus a nátrium-kálium-szivattyú, amelyet egy állati sejtekben a plazma membránhoz rögzített enzim képez..

Ez antiport típusú, mivel egyfajta molekulát cserél a membrán egyik oldaláról egy másikra. A nátrium-transzport kifelé fordul, míg a kálium-transzport belsejében történik.

Ami az arányokat illeti, a szivattyúnak két kálium-ion kötelező cseréjét igényli a sejtbelső három nátrium-ionja. Ha hiányzik a káliumionok, a normál esetben előforduló nátriumionok cseréje nem végezhető el.

Hogyan működik a nátrium-kálium-szivattyú?

A kezdeti lépés a három nátriumion rögzítése az ATPáz fehérjében. Az ATP lebontása ADP-ben és foszfátban történik; az ebben a reakcióban felszabaduló foszfát a fehérjéhez kapcsolódik, ami konformációs változást vált ki a szállítási csatornákban.

A lépés a fehérje foszforilációja. Ezekkel a módosításokkal a nátriumionokat a sejt külső részébe visszük ki. Ezt követően a két káliumion összekapcsolódása kívülről történik.

A fehérjében a foszfátcsoportok szétkapcsolódnak (a fehérje defoszforilálódik) és a fehérje visszatér a kezdeti szerkezetéhez. Ebben a szakaszban káliumionok léphetnek be.

áz

Strukturálisan a "szivattyú" olyan ATPáz típusú enzim, amely a citoplazmával szemben lévő felületen kötőhelyeket tartalmaz a nátriumionokhoz és az ATP-hez, és a sejtfelszínt érintő részen a káliumhoz kötődik.

Az emlőssejtekben a citoplazmatikus Na + ionok cseréjét extracelluláris K + ionokkal közvetíti az ATPáz nevű, a membránhoz rögzített enzim. Az ionok cseréje membránpotenciálvá válik.

Ez az enzim két membrán polipeptidből áll, amelyek két alegységgel rendelkeznek: a 112 kD alfa és a 35 kD béta.

Ionszivattyúk, regenikusak és elektrogének

Mivel az ionok membránokon keresztüli mozgása egyenlőtlen (két kálium-ion három nátrium-ionra), a külső mozgás a szivattyú ciklusonkénti pozitív töltéssel jár.

Ezeket a szivattyúkat reogénnek nevezik, mivel a töltések nettó mozgását és transzmembrán elektromos áramot hoznak létre. Abban az esetben, ha az áram hatással van a membránfeszültségre, a szivattyút elektrogénnek nevezik.

Szivattyú sebessége

Normális körülmények között a sejt külsőre pumpált nátriumionok mennyisége megegyezik a sejtbe belépő ionok számával, így a mozgás nettó áramlása nulla.

A sejten kívül és belül létező ionok mennyiségét két tényező határozza meg: a nátrium aktív mozgásának sebessége és a diffúziós folyamatok által ismét bekövetkező sebesség..

Logikusan a diffúzióval való bejárat sebessége határozza meg a szivattyú által igényelt sebességet annak érdekében, hogy a szükséges koncentrációt az intra- és extracelluláris környezetben tartsuk. A koncentráció növekedésekor a szivattyú növeli a sebességet.

Szállítási kinetika

Az aktív transzport Michaelis-Menten kinetikát mutat, amely jelentős számú enzimre jellemző. Hasonlóképpen az analóg molekulák is gátolják.

Funkciók és fontosság

A sejtek térfogatának ellenőrzése

A nátrium-kálium-szivattyú felelős az optimális sejt-térfogat fenntartásáért. Ez a rendszer elősegíti a nátriumionok kilépését; ezért az extracelluláris környezet pozitív töltéseket kap. A töltések vonzereje miatt az ionok negatív töltésekkel, például klór- vagy hidrogén-karbonát-ionokkal akkumulálódnak.

Ezen a ponton az extracelluláris folyadéknak jelentős mennyiségű ionja van, ami a sejt belsejéből a vízbe történő mozgást - ozmózissal - generálja az oldott anyagok hígítására..

Nyugalmi membránpotenciál

A nátrium-kálium-szivattyú az idegimpulzusban betöltött szerepéről ismert. Az idegsejtek, az úgynevezett neuronok, elektromosan aktívak és impulzusszállításra specializálódtak. A neuronokban „membránpotenciálról” beszélhetünk.

A membránpotenciál akkor fordul elő, ha az ionkoncentráció egyenlőtlen a membrán mindkét oldalán. Mivel a sejt belsejében nagy mennyiségű kálium van, a külső pedig nátriumban gazdag, az említett potenciál.

A membránpotenciál megkülönböztethető, ha a sejt nyugalmi állapotban van (nincsenek aktív vagy posztszinaptikus események), valamint az akciós potenciál.

Ha a sejt nyugalmi állapotban van, akkor -90 mV potenciál jön létre, és ezt az értéket főleg a nátrium-kálium-szivattyú biztosítja. A vizsgált sejtek többségében a nyugalmi potenciál -20 mV és -100 mV között van.

Idegimpulzusok

Az idegimpulzus a nátriumcsatornák megnyitásához vezet, kiegyensúlyozatlanságot okoz a membránban és azt mondják, hogy "depolarizált". Mivel pozitív töltése van, a membrán belső oldalán fordul elő a terhelés.

Amikor az előírt végeket a káliumcsatornák nyitják, akkor a töltet a sejten belül feltöltődik. Ekkor a nátrium-kálium-szivattyú állandóan tartja az említett ionok koncentrációját.

inhibitorok

A kálium-nátrium-szivattyút gátolhatja a szívglikozid-ouabin. Amikor ez a vegyület eléri a sejt felületét, akkor az ionok kötőhelyeiért verseng. Más glikozidok, például a digoxin is gátolják.

referenciák

1. Curtis, H., és Schnek, A. (2006). Meghívás a biológiába. Ed. Panamericana Medical.
2. Hill, R. W., Wyse, G. A., Anderson, M. és Anderson, M. (2004). Állati fiziológia. Sinauer Associates.
3. Randall, D., Burggren, W. W., Burggren, W., francia, K. és Eckert, R. (2002). Eckert állati fiziológia. Macmillan.
4. Skou, J. C. és Esmann, M. (1992). A na, k-atpase. A bioenergetika és a biomembránok folyóirata, 24(3), 249-261.
5. Uribe, R. R. és Bestene, J. A. Toxikológia. Gyakorlatok és eljárások. Klinikai gyakorlati irányelvek Vol. 2, IV. Kötet. Pontificia Universidad Javeriana.