Natriumkaliumpumpens funktion, funktioner og betydning



den kaliumnatriumpumpe er en aktiv cellulær transportmekanisme, der bevæger natriumioner (Na+) fra celleindretningen til ydersiden og kaliumionen (K+) i modsat retning. Pumpen er ansvarlig for at opretholde koncentrationsgradienterne, der er karakteristiske for begge ioner.

Denne iontransport sker mod normale koncentrationsgradienter, fordi når en ion er meget koncentreret i cellen, har den tendens til at forlade den til at matche koncentrationerne med ydersiden. Kaliumnatriumpumpen bryder dette princip, og det kræver energi i form af ATP.

Faktisk er denne pumpe et eksempel på aktiv cellulær transport. Pumpen er dannet af et kompleks af enzymatisk natur, der udfører bevægelserne af ionerne inden for og uden for cellen. Det er til stede i alle membraner af dyreceller, selv om det er mere rigeligt i visse typer, såsom neuroner og muskelceller.

Natrium- og kaliumioner er afgørende for forskellige biologiske funktioner, såsom vedligeholdelse og regulering af cellevolumen, transmission af nerveimpulser, dannelse af muskelkontraktioner, blandt andre..

indeks

  • 1 drift
    • 1.1 Grundlæggende principper for cellulær transport
    • 1.2 Aktiv og passiv transport
    • 1.3 Karakteristika for natriumkaliumpumpe
    • 1.4 Hvordan natrium kaliumpumpen fungerer?
    • 1,5 ATPase
    • 1.6 Regeniske og elektrogeniske ionpumper
    • 1.7 Pumpehastighed
    • 1.8 Transportkinetik
  • 2 Funktioner og betydning
    • 2.1 Cellevolumenkontrol
    • 2.2 Hvilende membranpotentiale
    • 2.3 Nervøse impulser
  • 3 hæmmere
  • 4 referencer

drift

Grundlæggende principper for cellulær transport

Før uddybning af natriumkaliumpumpens funktion er det nødvendigt at forstå og definere de mest anvendte udtryk for cellulær transport.

Cellerne er i en konstant udveksling af materialer med deres ydre miljø. Denne bevægelse sker takket være tilstedeværelsen af ​​semipermeable lipidmembraner, der tillader molekyler at komme ind og afslutte ved hjælp af cellen; membranerne er stærkt selektive enheder.

Biomembraner er ikke udelukkende sammensat af lipider; de har også en række proteiner bundet til dem, der kan krydse dem eller forankre sig selv ved andre ruter.

På grund af den apolære opførsel af membranets indre er kompromitteret indgangen af ​​de polære stoffer. Imidlertid er forskydningen af ​​polære molekyler nødvendigt for at overholde forskellige processer; Cellen skal derfor have mekanismer, der tillader transit af disse polære molekyler.

Passagen af ​​molekyler gennem membranerne kan forklares ved fysiske principper. Diffusion er den tilfældige bevægelse af molekyler fra områder med høje koncentrationer til regioner, hvor koncentrationen er lavere.

Også bevægelsen af ​​vand gennem semipermeable membraner forklares ved osmose, en proces, hvor vandstrømmen vil forekomme, hvor der er en højere koncentration af opløste stoffer..

Aktiv og passiv transport

Afhængig af brugen eller ej af energi klassificeres transport gennem membranerne som passiv og aktiv. 

Når et opløst stof transporteres passivt, gør det kun til fordel for koncentrationsgradienter, efter princippet om simpel diffusion.

Det kan gøre det gennem membranen, gennem vandige kanaler eller ved hjælp af et transportmolekyle, der letter processen. Transportmolekylets rolle er at "maskere" en polær substans, så den kan passere gennem membranen.

Der kommer et punkt, hvor opløste stoffer har ligget deres koncentrationer på begge sider af membranen, og strømmen stopper. Hvis du vil flytte molekylet i en eller anden retning, skal du injicere energi i systemet.

I tilfælde af ladede molekyler skal der tages hensyn til koncentrationsgradienten og den elektriske gradient.

Cellen investerer meget energi i at holde disse gradienter væk fra ligevægt takket være eksistensen af ​​aktiv transport, der bruger ATP til at flytte en partikel til områder med høj koncentration.

Karakteristik af natrium kalium pumpe

Inde i cellerne er kaliumkoncentrationen ca. 10 til 20 gange højere sammenlignet med cellematerialet. På samme måde er koncentrationen af ​​natriumioner meget højere uden for cellen.

Den mekanisme, der er ansvarlig for opretholdelsen af ​​disse koncentrationsgradienter, er natriumkaliumpumpen, dannet af et enzym forankret til plasmamembranen i dyreceller..

Det er af typen Antiport, da det udveksler en slags molekyle fra den ene side af membranen til en anden. Natriumtransport sker udad, mens kaliumtransport sker indeni.

Med hensyn til proportionerne kræver pumpen obligatorisk udveksling af to kaliumioner udefra af tre natriumioner fra celleinteriøret. Når der er mangel på kaliumioner, kan udveksling af natriumioner, som normalt forekommer, ikke udføres.

Hvordan natrium kaliumpumpen virker?

Det indledende trin er fikseringen af ​​de tre natriumioner i ATPase-proteinet. Fordelingen af ​​ATP i ADP og phosphat forekommer; det fosfat, der frigives i denne reaktion, er forbundet med proteinet, hvilket inducerer en konformationsændring i transportkanalerne.

Trinet er kendt som phosphorylering af proteinet. Med disse modifikationer bliver natriumionerne udvist til ydersiden af ​​cellen. Derefter forekommer foreningen af ​​de to kaliumioner udefra.

I proteinet er fosfatgrupperne ukoblet (proteinet er dephosphoryleret), og proteinet vender tilbage til dets oprindelige struktur. På dette stadium kan kaliumioner komme ind.

ATPase

Strukturelt er "pumpen" et enzym af ATPase-typen, der har bindingssteder for natriumioner og ATP på overfladen, der vender mod cytoplasmaet, og i den del, der vender ud mod cellenes ydre, er lokaliteterne af bindende for kalium.

I pattedyrsceller medieres udvekslingen af ​​cytoplasmatiske Na + ioner med ekstracellulære K + ioner med et enzym forankret til membranen, kaldet ATPase. Udvekslingen af ​​ioner overskrider et membranpotentiale.

Dette enzym består af to membranpolypeptider med to underenheder: alfa på 112 kD og beta på 35 kD.

Ioniske pumper, regeniske og elektrogeniske

Da bevægelsen af ​​ioner gennem membranerne er ulige (to kaliumioner for tre natriumioner), betyder netbevægelsen udadtil en positiv ladning pr. Pumpecyklus.

Disse pumper kaldes reogen, da de medfører en nettobevægelse af ladninger og producerer en transmembran elektrisk strøm. I tilfælde af at strømmen genererer en effekt på membranspændingen, kaldes pumpen elektrogenisk.

Pumpehastighed

Under normalitetsbetingelser er mængden af ​​natriumioner, der pumpes til celleudvendelsen, lig med antallet af ioner, der kommer ind i cellen, så bevægelsens netstrøm er lig med nul.

Mængden af ​​ioner, der eksisterer uden for og inde i cellen, bestemmes af to faktorer: den hastighed, hvormed den aktive transport af natrium forekommer og den hastighed, hvormed den kommer ind igen gennem diffusionsprocesser.

Logisk indstiller diffusionshastigheden hastigheden af ​​pumpen for at opretholde den krævede koncentration i de intra- og ekstracellulære omgivelser. Når koncentrationen stiger, øges pumpens hastighed.

Transportkinetik

Aktiv transport udviser Michaelis-Menten kinetik, der er karakteristisk for et betydeligt antal enzymer. Ligeledes hæmmes det af analoge molekyler.

Funktioner og betydning

Kontrol af cellevolumen

Natriumkaliumpumpen er ansvarlig for at opretholde et optimalt cellevolumen. Dette system fremmer udgangen af ​​natriumioner; Derfor erhverver det ekstracellulære miljø positive omkostninger. På grund af tiltrækningen af ​​ladninger ophobes ioner med negative ladninger, såsom chlor- eller bicarbonationer.

På dette tidspunkt har den ekstracellulære væske en betydelig mængde ioner, som fremmer vandbevægelsen fra indersiden af ​​cellen til ydersiden - ved osmose - fortynding af disse opløste stoffer.

Hvilemembranpotentiale

Natriumkaliumpumpen er kendt for sin rolle i nerveimpuls. Nervecellerne, kaldet neuroner, er elektrisk aktive og specialiserede til impulstransport. I neuroner kan du tale om et "membranpotentiale".

Et membranpotentiale opstår, når der er en ækvivalent ionkoncentration på begge sider af membranen. Da det indre af cellen har store mængder kalium og ydersiden er rig på natrium, er der sagt potentiale.

Membranpotentialet kan skelnes, når cellen er i ro (der er ingen aktive eller postsynaptiske hændelser), såvel som handlingspotentialet.

Når cellen er i ro, etableres et potentiale på -90 mV, og denne værdi opretholdes hovedsageligt af natriumkaliumpumpen. I de fleste af de studerede celler ligger hvilepotentialer i området mellem -20 mV og -100 mV.

Nervøse impulser

Den nervøse impuls fører til åbningen af ​​natriumkanaler, skaber en ubalance i membranen og siges at være "depolariseret". Da den har en positiv ladning, forekommer der en reversering af belastningen på membranets indre side.

Når de pålægges ender, sker åbningen af ​​kaliumkanalerne for at genoplade ladningerne inde i cellen. På dette tidspunkt holder natriumkaliumpumpen konstant koncentrationen af ​​nævnte ioner.

inhibitorer

Kaliumnatriumpumpen kan hæmmes af hjerteglycosid ouabinen. Når denne forbindelse når over overfladen af ​​cellen, konkurrerer den om bindingsstederne for ionerne. Det hæmmes også af andre glycosider, såsom digoxin.

referencer

  1. Curtis, H., & Schnek, A. (2006). Invitation til biologi. Ed. Panamericana Medical.
  2. Hill, R. W., Wyse, G. A., Anderson, M. & Anderson, M. (2004). Dyrefysiologi. Sinauer Associates.
  3. Randall, D., Burggren, W. W., Burggren, W., French, K., & Eckert, R. (2002). Eckert dyrefysiologi. 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 procedurer. Klinisk praksis retningslinjer Vol. 2, volumen IV. Pontificia Universidad Javeriana.