Natrium Kalium Pump Funksjon, Funksjoner og Viktighet



den kaliumnatriumpumpe er en aktiv cellulær transportmekanisme som beveger natriumioner (Na+) fra celleinnretningen til utsiden, og kaliumionen (K+) i motsatt retning. Pumpen er ansvarlig for å opprettholde konsentrasjonsgradienter som er karakteristiske for begge ioner.

Denne iontransporten skjer mot normale konsentrasjonsgradienter, fordi når en ion er veldig konsentrert i cellen, har den en tendens til å la den passe til konsentrasjonene med utsiden. Kaliumnatriumpumpen bryter dette prinsippet, og for å kreve det krever energi i form av ATP.

Faktisk er denne pumpen et eksempel på aktiv mobiltransport. Pumpen dannes av et kompleks av enzymatisk natur som utfører bevegelsene til ionene i og utenfor cellen. Det er tilstede i alle membranene av dyreceller, selv om det er mer rikelig i visse typer, som nevroner og muskelceller.

Natrium- og kaliumioner er avgjørende for ulike biologiske funksjoner, som for eksempel vedlikehold og regulering av cellevolum, overføring av nerveimpulser, generering av muskelkontraksjoner, blant andre..

index

  • 1 drift
    • 1.1 Grunnleggende prinsipper for mobil transport
    • 1.2 Aktiv og passiv transport
    • 1.3 Kjennetegn ved natriumkaliumpumpen
    • 1.4 Hvordan natriumkaliumpumpen fungerer?
    • 1,5 ATPase
    • 1.6 Regeniske og elektrogeniske ionpumper
    • 1.7 Pumpehastighet
    • 1.8 Transportkinetikk
  • 2 Funksjoner og betydning
    • 2.1 Cellvolumkontroll
    • 2.2 Hvilemembranpotensial
    • 2.3 Nervøse impulser
  • 3 inhibitorer
  • 4 referanser

drift

Grunnleggende prinsipper for mobiltransport

Før du drøfter driften av natrium-kaliumpumpen, er det nødvendig å forstå og definere de mest brukte uttrykkene i forbindelse med mobiltransport.

Cellene er i en konstant utveksling av materialer med deres ytre miljø. Denne bevegelsen oppstår takket være tilstedeværelsen av semipermeable lipidmembraner som tillater molekyler å gå inn og ut av veien til cellen. membranene er svært selektive enheter.

Biomembraner er ikke sammensatt utelukkende av lipider; de har også en serie proteiner bundet til dem som kan krysse dem eller forankre seg til disse ved andre ruter.

På grunn av den apolære oppførselen til det indre av membranene, blir inngangen til de polare stoffene kompromittert. Imidlertid er forskyvningen av polære molekyler nødvendig for å overholde forskjellige prosesser; derfor må cellen ha mekanismer som tillater transitt av disse polare molekylene.

Gjennomføringen av molekyler gjennom membranene kan forklares av fysiske prinsipper. Diffusjon er tilfeldig bevegelse av molekyler fra områder med høye konsentrasjoner til regioner der konsentrasjonen er lavere.

Også bevegelsen av vann gjennom semipermeable membraner forklares av osmose, en prosess der vannstrømmen vil oppstå der det er høyere konsentrasjon av oppløsninger..

Aktiv og passiv transport

Avhengig av bruk eller ikke av energi, er transport gjennom membranene klassifisert som passiv og aktiv. 

Når et oppløsningsmiddel transporteres passivt, gjør det det bare til fordel for konsentrasjonsgradienter, etter prinsippet om enkel diffusjon.

Det kan gjøre det gjennom membranen, gjennom vandige kanaler eller ved hjelp av et transportmolekyl som letter prosessen. Transportmolekylets rolle er å "maskere" en polar substans slik at den kan passere gjennom membranen.

Det kommer et punkt der løsningsmidlene har likestilt deres konsentrasjoner på begge sider av membranen og strømmen stopper. Hvis du vil flytte molekylet i en eller annen retning, må du injisere energi inn i systemet.

Når det gjelder ladede molekyler, må konsentrasjonsgradienten og den elektriske gradienten tas i betraktning.

Cellen investerer mye energi i å holde disse gradienterne bort fra likevekt, takket være eksistensen av aktiv transport som bruker ATP til å flytte en partikkel til områder med høy konsentrasjon.

Kjennetegn ved natriumkaliumpumpen

Innenfor cellene er kaliumkonsentrasjonen omtrent 10 til 20 ganger høyere, sammenlignet med cellenes eksteriør. På samme måte er konsentrasjonen av natriumioner mye høyere utenfor cellen.

Mekanismen som er ansvarlig for å opprettholde disse konsentrasjonsgradienter er natriumkaliumpumpen, dannet av et enzym forankret til plasmamembranen i dyreceller..

Det er av typen Antiport, siden det bytter ut en slags molekyl fra den ene siden av membranen til en annen. Natriumtransport skjer utover, mens kaliumtransport skjer innenfor.

Når det gjelder proporsjonene, krever pumpen obligatorisk bytte av to kaliumioner utvendig av tre natriumioner fra celleinteriøret. Når det er mangel på kaliumioner, kan utveksling av natriumioner som normalt oppstår ikke utføres.

Hvordan natriumkaliumpumpen fungerer?

Det første trinnet er fiksering av de tre natriumioner i ATPase-proteinet. Fordelingen av ATP i ADP og fosfat forekommer; fosfatet frigitt i denne reaksjonen er assosiert med proteinet, hvilket induserer en konformasjonsendring i transportkanalene.

Trinnet er kjent som fosforylering av proteinet. Med disse modifikasjonene blir natriumioner utvist til utsiden av cellen. Deretter oppstår forening av de to kaliumioner fra utsiden.

I proteinet er fosfatgruppene koblet sammen (proteinet er dephosphorylert) og proteinet returnerer til sin opprinnelige struktur. På dette stadiet kan kaliumioner komme inn.

ATPase

Strukturelt er "pumpe" et enzym av ATPase-typen som har bindingssteder for natriumioner og ATP på overflaten som vender mot cytoplasmaen, og i delen som vender mot cellenes ytre er områdene av bindende for kalium.

I mammale celler blir utvekslingen av cytoplasmatiske Na + -ioner ved ekstracellulære K + -ioner mediert av et enzym forankret til membranen, kalt ATPase. Utvekslingen av ioner oversettes til et membranpotensial.

Dette enzymet består av to membranpolypeptider med to underenheter: alfa på 112 kD og beta på 35 kD.

Joniske pumper, regenisk og elektrogenisk

Da bevegelsen av ioner gjennom membranene er ulik (to kaliumioner for tre natriumioner), innebærer nettobevægelsen til utsiden en positiv ladning per pumpesyklus.

Disse pumpene kalles reogen, da de innebærer en netto bevegelse av ladninger og produserer en transmembran elektrisk strøm. I tilfelle der strømmen genererer en effekt på membranspenningen, kalles pumpen elektrogenisk.

Pumpehastighet

Under normalitetsbetingelser er mengden av natriumioner pumpet til cellenes eksteriør lik antall ioner som kommer inn i cellen, så bevegelsens nettstrøm er lik null.

Mengden ioner som finnes utenfor og inne i cellen, bestemmes av to faktorer: Hastigheten ved hvilken den aktive transporten av natrium forekommer og hastigheten ved hvilken den går inn igjen gjennom diffusjonsprosesser.

Logisk fastslår diffusjonshastigheten hastigheten som pumpen krever for å opprettholde den nødvendige konsentrasjonen i de intra- og ekstracellulære miljøer. Når konsentrasjonen øker, øker pumpen sin hastighet.

Transportkinetikk

Aktiv transport viser Michaelis-Menten kinetikk, karakteristisk for et betydelig antall enzymer. På samme måte er det hemmet av analoge molekyler.

Funksjoner og betydning

Kontroll av cellevolum

Natriumkaliumpumpen er ansvarlig for å opprettholde et optimalt cellevolum. Dette systemet fremmer utløpet av natriumioner; Derfor får det ekstracellulære miljøet positive kostnader. Tiltrekningseffekt av ladede ionene akkumuleres negative ladninger, så som kloridioner eller bikarbonat.

På dette punktet har det ekstracellulære væsken en betydelig mengde ioner som genererer bevegelsen av vann fra innsiden av cellen til utsiden - ved osmose - for å fortynne disse oppløsninger.

Hvilemembranpotensial

Natriumkaliumpumpen er kjent for sin rolle i nerveimpuls. Nervecellene, kalt nevroner, er elektrisk aktive og spesialisert på impulstransport. I nevroner kan du snakke om et "membranpotensial".

Et membranpotensial oppstår når det er en ulik ionkoncentrasjon på begge sider av membranen. Som det indre av cellen har store mengder kalium og utsiden er rik på natrium, er det sagt potensial.

Membranpotensialet kan skille seg ut når cellen er i ro (det er ingen aktive eller postsynaptiske hendelser), så vel som handlingspotensialet.

Når cellen er i ro, etableres et potensial på -90 mV, og denne verdien opprettholdes hovedsakelig av natriumkaliumpumpen. I de fleste av de studerte cellene ligger hvilepotensialer i området mellom -20 mV og -100 mV.

Nervøse impulser

Den nervøse impulsen fører til åpning av natriumkanaler, skaper ubalanse i membranen og sies å være "depolarisert". Siden det har en positiv ladning, oppstår en reversering av belastningen på innersiden av membranen.

Når den pålagte ender, oppstår åpningen av kaliumkanalene for å fylle på ladningene inne i cellen. På denne tiden holder natriumkaliumpumpen konstant konsentrasjonen av de nevnte ioner.

inhibitorer

Kaliumnatriumpumpen kan hemmer av hjerteglykosid ouabinen. Når denne forbindelsen når overflaten av cellen, konkurrerer den om bindingsstedene til ioner. Det hemmer også av andre glykosider som digoksin.

referanser

  1. Curtis, H., & Schnek, A. (2006). Invitasjon til biologi. Ed. Panamericana Medical.
  2. Hill, R.W., Wyse, G. A., Anderson, M., Anderson, M. (2004). Dyrfysiologi. Sinauer Associates.
  3. Randall, D., Burggren, W. W., Burggren, W., French, K., & Eckert, R. (2002). Eckert dyre fysiologi. Macmillan.
  4. Skou, J.C., & Esmann, M. (1992). Den na, k-atpase. Journal of bioenergetics and biomembranes, 24(3), 249-261.
  5. Uribe, R.R., & Bestene, J.A. Toksikologi. Praksis og prosedyrer. Klinisk praksis retningslinjer Vol. 2, volum IV. Pontificia Universidad Javeriana.