Nātrija kālija sūkņa funkcija, funkcijas un nozīme



The kālija nātrija sūknis ir aktīvs šūnu transporta mehānisms, kas pārvieto nātrija jonus (Na+) no šūnas iekšpuses uz ārpusi un kālija jonu (K+) pretējā virzienā. Sūknis ir atbildīgs par abiem joniem raksturīgo koncentrācijas gradientu saglabāšanu.

Šī jonu transportēšana notiek pret normālu koncentrācijas gradientu, jo, kad jonu koncentrācija šūnā ir ļoti koncentrēta, tā mēdz atstāt to, lai tā atbilstu koncentrācijai ārpusē. Kālija nātrija sūknis pārkāpj šo principu, un tas prasa enerģiju ATP formā.

Faktiski šis sūknis ir aktīvā šūnu transporta modeļa piemērs. Sūkni veido fermentu komplekss, kas veic jonu kustību šūnā un ārpus tās. Tā ir sastopama visās dzīvnieku šūnu membrānās, lai gan dažos veidos tā ir bagātāka, piemēram, neironiem un muskuļu šūnām..

Nātrija un kālija joniem ir izšķiroša nozīme dažādās bioloģiskās funkcijās, piemēram, šūnu tilpuma uzturēšanā un regulēšanā, nervu impulsu pārnēsāšanā, muskuļu kontrakciju veidošanā..

Indekss

  • 1 Darbība
    • 1.1 Mobilā transporta pamatprincipi
    • 1.2 Aktīvs un pasīvs transports
    • 1.3 Nātrija kālija sūkņa raksturojums
    • 1.4 Kā darbojas nātrija kālija sūknis?
    • 1.5 ATPāze
    • 1.6 Regeniskie un elektrogēniskie jonu sūkņi
    • 1.7 Sūkņa ātrums
    • 1.8 Transporta kinētika
  • 2 Funkcijas un nozīme
    • 2.1. Šūnu tilpuma kontrole
    • 2.2 Atpūtas membrānas potenciāls
    • 2.3 Nervu impulsi
  • 3 inhibitori
  • 4 Atsauces

Darbība

Šūnu transporta pamatprincipi

Pirms padziļināti izpētīt nātrija-kālija sūkņa darbību, ir jāsaprot un jādefinē termini, ko visvairāk lieto šūnu transporta jomā..

Šūnas pastāvīgi apmainās ar materiāliem ar savu ārējo vidi. Šī kustība notiek, pateicoties puscaurlaidīgām lipīdu membrānām, kas ļauj molekulām iekļūt un iziet no šūnas ērtības; membrānas ir ļoti selektīvas.

Biomembrānas nesastāv tikai no lipīdiem; tiem ir arī virkne olbaltumvielu, kas saistās ar tiem, kas var šķērsot vai piestiprināt sevi ar citiem ceļiem.

Ņemot vērā membrānu iekšpuses apolāru uzvedību, polāro vielu ievadīšana ir apdraudēta. Tomēr polāro molekulu pārvietošana ir nepieciešama, lai ievērotu dažādus procesus; tāpēc šūnai jābūt mehānismiem, kas ļauj šo polāro molekulu tranzītu.

Molekulu pāreju caur membrānām var izskaidrot ar fiziskiem principiem. Difūzija ir nejauša molekulu kustība no augsta koncentrācijas apgabaliem uz reģioniem, kur koncentrācija ir zemāka.

Arī ūdens kustība caur puscaurlaidīgām membrānām skaidrojama ar osmozi - procesu, kurā notiks ūdens plūsma, kur būs augstāka šķīdinātāju koncentrācija..

Aktīvs un pasīvs transports

Atkarībā no enerģijas izmantošanas, transportēšana caur membrānām ir klasificēta kā pasīva un aktīva. 

Ja šķidra viela tiek pasīvi transportēta, tā veicina tikai koncentrācijas gradientus, ievērojot vienkāršas difūzijas principu.

To var izdarīt caur membrānu caur ūdens kanāliem vai izmantojot transportējošu molekulu, kas atvieglo procesu. Pārvadātāja molekulas uzdevums ir "maskēt" polāro vielu tā, lai tā varētu šķērsot membrānu.

Ir punkts, kurā šķīdinātāji ir pielīdzinājuši to koncentrāciju abās membrānas pusēs un plūsma apstājas. Ja vēlaties pārvietot molekulu kādā virzienā, jums būs jāinjicē enerģija sistēmā.

Uzlādētu molekulu gadījumā jāņem vērā koncentrācijas gradients un elektriskais gradients.

Šūna iegulda daudz enerģijas, lai saglabātu šos gradientus no līdzsvara, pateicoties aktīvam transportam, kas izmanto ATP, lai pārvietotu daļiņu uz augsta koncentrācijas apgabaliem..

Nātrija kālija sūkņa raksturojums

Šūnu iekšienē kālija koncentrācija ir aptuveni 10 līdz 20 reizes lielāka par šūnu ārpusi. Tādā pašā veidā nātrija jonu koncentrācija ir daudz augstāka ārpus šūnas.

Mehānisms, kas ir atbildīgs par šo koncentrācijas gradientu saglabāšanu, ir nātrija kālija sūknis, ko veido enzīms, kas piestiprināts pie plazmas membrānas dzīvnieku šūnās..

Tas ir pretpārdošanas veids, jo tas nomaina kādu molekulu no vienas membrānas puses uz citu. Nātrija transportēšana notiek uz āru, bet kālija transportēšana notiek iekšā.

Attiecībā uz proporcijām, sūknim ir nepieciešama obligāta divu kālija jonu apmaiņa no ārpuses ar trim nātrija joniem no šūnu interjera. Ja trūkst kālija jonu, nātrija jonu apmaiņu, kas parasti notiek, nevar veikt.

Kā darbojas nātrija kālija sūknis?

Sākotnējais solis ir trīs nātrija jonu fiksācija ATPāzes proteīnā. Notiek ATP sadalīšanās ADP un fosfātā; šajā reakcijā izdalītais fosfāts ir saistīts ar proteīnu, izraisot konformācijas izmaiņas transporta kanālos.

Šis solis ir zināms kā proteīna fosforilācija. Ar šīm izmaiņām nātrija jonus izspiež uz šūnas ārpusi. Pēc tam notiek savienojums starp diviem kālija joniem no ārpuses.

Proteīnā fosfātu grupas ir atdalītas (proteīns ir defosforilēts) un proteīns atgriežas sākotnējā struktūrā. Šajā posmā var iekļūt kālija joni.

ATPase

Strukturāli "sūknis" ir ATPāzes tipa enzīms, kuram ir saistošas ​​vietas nātrija joniem un ATP uz virsmas, kas saskaras ar citoplazmu, un daļā, kas saskaras ar šūnu ārpusi, ir vietas saistās ar kāliju.

Zīdītāju šūnās citoplazmas Na + jonu apmaiņu ar ekstracelulāriem K + joniem mediē enzīms, kas piestiprināts pie membrānas, ko sauc par ATPase. Jonu apmaiņa ir membrānas potenciāls.

Šis enzīms sastāv no diviem membrānas polipeptīdiem ar divām apakšvienībām: alfa 112 kD un beta ar 35 kD.

Jonu sūkņi, regeniski un elektrogēni

Tā kā jonu kustība caur membrānām ir nevienlīdzīga (divi kālija joni trim nātrija joniem), neto kustība uz āru ir saistīta ar pozitīvu uzlādi katram sūknēšanas ciklam..

Šos sūkņus sauc par reogēniem, jo ​​tie ietver lādiņu neto kustību un rada transmembrānu elektrisko strāvu. Gadījumā, ja strāva rada ietekmi uz membrānas spriegumu, sūkni sauc par elektrogēnu.

Sūkņa ātrums

Normāluma apstākļos uz šūnu ārpusi sūknēto nātrija jonu daudzums ir vienāds ar šūnā ienākošo jonu skaitu, tāpēc kustības neto plūsma ir vienāda ar nulli.

Šūnu ārpusē un iekšpusē esošo jonu daudzumu nosaka divi faktori: ātrums, kādā notiek aktīva nātrija transportēšana, un ātrums, kādā tas atkal nonāk caur difūzijas procesiem..

Loģiski, ieejas ātrums ar difūziju nosaka sūkņa nepieciešamo ātrumu, lai uzturētu nepieciešamo koncentrāciju iekšējās un ekstracelulārās vidēs. Kad koncentrācija palielinās, sūknis palielina ātrumu.

Transporta kinētika

Aktīvajam transportam piemīt Michaelis-Menten kinētika, kas raksturīga daudziem fermentiem. Tāpat to inhibē analogās molekulas.

Funkcijas un nozīme

Šūnu tilpuma kontrole

Nātrija kālija sūknis ir atbildīgs par optimāla šūnu tilpuma saglabāšanu. Šī sistēma veicina nātrija jonu izeju; tāpēc ekstracelulārā vide iegūst pozitīvus maksājumus. Lādiņu piesaistes dēļ jonus uzkrājas ar negatīviem lādiņiem, piemēram, hlora vai bikarbonāta joniem.

Šajā brīdī ekstracelulārajam šķidrumam ir ievērojams jonu daudzums, kas rada ūdens kustību no šūnas iekšpuses uz āru - osmozes veidā, lai atšķaidītu šos šķīdinātājus..

Atpūtas membrānas potenciāls

Nātrija kālija sūknis ir pazīstams ar savu lomu nervu impulsā. Nervu šūnas, ko sauc par neironiem, ir elektriski aktīvas un specializētas impulsu transportēšanai. Neironos var runāt par "membrānas potenciālu".

Membrānu potenciāls rodas, ja abās membrānas pusēs ir jonu koncentrācijas nevienlīdzība. Tā kā šūnas iekšpusē ir liels kālija daudzums un ārpuse ir bagāta ar nātriju, ir minēta iespēja.

Membrānas potenciālu var atšķirt, kad šūnas atrodas mierā (nav aktīvo vai post synaptic notikumu), kā arī darbības potenciāls.

Kad šūna ir miera stāvoklī, tiek noteikts -90 mV potenciāls, un šo vērtību uztur galvenokārt nātrija kālija sūknis. Lielākajā daļā pētīto šūnu atpūtas potenciāls ir robežās no -20 mV līdz -100 mV.

Nervu impulsi

Nervu impulss noved pie nātrija kanālu atvēršanas, rada nelīdzsvarotību membrānā un tiek uzskatīts par "depolarizētu". Tā kā tam ir pozitīva lādiņa, slodzes maiņa notiek membrānas iekšpusē.

Kad uzliktie gali nas, kālija kanālu atvēršana notiek, lai papildinātu lādiņu šūnā. Šajā laikā nātrija kālija sūknis saglabā minēto jonu koncentrāciju nemainīgu.

Inhibitori

Kālija nātrija sūkni var inhibēt sirds glikozīdu ouabīns. Kad šis savienojums sasniedz šūnas virsmu, tas konkurē ar jonu saistīšanās vietām. To inhibē arī citi glikozīdi, piemēram, digoksīns.

Atsauces

  1. Curtis, H., un Schnek, A. (2006). Ielūgums uz bioloģiju. Ed. Panamericana Medical.
  2. Hill, R.W., Wyse, G.A., Andersons, M., un Andersons, M. (2004). Dzīvnieku fizioloģija. Sinauer Associates.
  3. Randall, D., Burggren, W. W., Burggren, W., franču val., K., un, Eckert, R., (2002). Eckert dzīvnieku fizioloģija. Macmillan.
  4. Skou, J. C., & Esmann, M. (1992). Na, k-atpase. Bioenerģētikas un biomasas žurnāls, 24(3), 249-261.
  5. Uribe, R. R., un Bestene, J. A. Toksikoloģija. Prakse un procedūras. Klīniskās prakses vadlīnijas 2. sējums, IV sējums. Pontificia Universidad Javeriana.