Funkcia sodíkového draslíka, funkcie a význam

sodná pumpa draselná je aktívny bunkový transportný mechanizmus, ktorý pohybuje ióny sodíka (Na⁺) z vnútra bunky na vonkajšiu stranu a draselný ión (K⁺) v opačnom smere. Čerpadlo je zodpovedné za udržiavanie gradientov koncentrácie charakteristických pre oba ióny.

Tento iónový transport prebieha proti normálnym koncentračným gradientom, pretože keď je ión veľmi koncentrovaný v bunke, má tendenciu ho ponechať, aby zodpovedal koncentráciám zvonka. Sodná pumpa draslíka tento princíp porušuje a vyžaduje to energiu vo forme ATP.

V skutočnosti je toto čerpadlo modelovým príkladom aktívneho bunkového transportu. Čerpadlo je tvorené komplexom enzymatickej povahy, ktorý vykonáva pohyby iónov vo vnútri a mimo bunky. Je prítomný vo všetkých membránach živočíšnych buniek, hoci je v niektorých typoch hojnejší, ako sú neuróny a svalové bunky..

Ióny sodíka a draslíka sú rozhodujúce pre rôzne biologické funkcie, ako je udržiavanie a regulácia objemu buniek, prenos nervových impulzov, vytváranie svalových kontrakcií..

index

• 1 Prevádzka
  • 1.1 Základné princípy bunkového transportu
  • 1.2 Aktívna a pasívna doprava
  • 1.3 Charakteristiky sodíkovej draselnej pumpy
  • 1.4 Ako funguje sodíkové draselné čerpadlo?
  • 1,5 ATPáza
  • 1.6 Regenické a elektrogénne iónové čerpadlá
  • 1.7 Rýchlosť čerpadla
  • 1.8 Dopravná kinetika
• 2 Funkcie a význam
  • 2.1 Regulácia objemu buniek
  • 2.2 Potenciál pokojovej membrány
  • 2.3 Nervové impulzy
• 3 Inhibítory
• 4 Odkazy

operácie

Základné princípy bunkového transportu

Pred hĺbkovým skúmaním prevádzky sodíkovo-draselnej pumpy je potrebné pochopiť a definovať pojmy, ktoré sa najviac používajú z hľadiska bunkového transportu..

Bunky sú v neustálej výmene materiálov s ich vonkajším prostredím. Tento pohyb nastáva vďaka prítomnosti semipermeabilných lipidových membrán, ktoré umožňujú molekulám vstúpiť a vystúpiť z bunky; membrány sú vysoko selektívne entity.

Biomembrány nie sú zložené výlučne z lipidov; majú tiež sériu proteínov naviazaných na ne, ktoré ich môžu prekrížiť alebo ukotviť inými spôsobmi.

Vzhľadom na nepolárne správanie sa vnútra membrán je vstup polárnych látok narušený. Vysunutie polárnych molekúl je však nevyhnutné na dosiahnutie súladu s rôznymi procesmi; preto musí mať bunka mechanizmy, ktoré umožňujú tranzit týchto polárnych molekúl.

Priechod molekúl cez membrány možno vysvetliť fyzikálnymi princípmi. Difúzia je náhodný pohyb molekúl z oblastí s vysokými koncentráciami do oblastí, kde je koncentrácia nižšia.

Tiež pohyb vody cez semipermeabilné membrány je vysvetlený osmózou, procesom, pri ktorom dochádza k prúdeniu vody tam, kde je vyššia koncentrácia rozpustených látok..

Aktívna a pasívna doprava

V závislosti od použitia energie alebo nie je transport cez membrány klasifikovaný ako pasívny a aktívny. 

Keď je solut transportovaný pasívne, robí to len v prospech koncentračných gradientov podľa princípu jednoduchej difúzie.

Môže to cez membránu, cez vodné kanály alebo pomocou transportnej molekuly, ktorá uľahčuje proces. Úlohou molekuly transportéra je "maskovať" polárnu látku tak, aby mohla prechádzať cez membránu.

Dochádza k bodu, v ktorom rozpustené látky vyrovnávajú svoje koncentrácie na oboch stranách membrány a prietok sa zastaví. Ak chcete premiestniť molekulu v určitom smere, budete musieť do systému vstreknúť energiu.

V prípade nabitých molekúl sa musí brať do úvahy gradient koncentrácie a elektrický gradient.

Bunka investuje veľa energie do udržiavania týchto prechodov od rovnováhy vďaka existencii aktívneho transportu, ktorý využíva ATP na presun častíc do oblastí s vysokou koncentráciou.

Charakteristika sodíkovej draselnej pumpy

Vo vnútri buniek je koncentrácia draslíka asi 10 až 20 krát vyššia v porovnaní s vonkajším povrchom buniek. Koncentrácia iónov sodíka je oveľa vyššia mimo bunky.

Mechanizmus zodpovedný za udržiavanie týchto gradientov koncentrácie je sodíková draselná pumpa, vytvorená enzýmom ukotveným na plazmatickej membráne v živočíšnych bunkách..

Ide o typ antiportu, pretože vymieňa druh molekuly z jednej strany membrány za druhú. Transport sodíka sa uskutočňuje smerom von, zatiaľ čo transport draslíka prebieha vnútri.

Čo sa týka pomerov, čerpadlo vyžaduje povinnú výmenu dvoch draselných iónov z vonkajšieho prostredia tromi sodíkovými iónmi z vnútra článku. Ak je nedostatok draslíkových iónov, výmena sodíkových iónov, ktorá by sa normálne vyskytovala, sa nemôže uskutočniť.

Ako funguje sodíkové draselné čerpadlo?

Prvým krokom je fixácia troch sodíkových iónov v ATPázovom proteíne. Porušenie ATP v ADP a fosfátoch nastáva; fosfát uvoľnený v tejto reakcii je spojený s proteínom, čo indukuje konformačnú zmenu v transportných kanáloch.

Krok je známy ako fosforylácia proteínu. S týmito modifikáciami sa sodíkové ióny vylučujú von z bunky. Následne dochádza k spojeniu dvoch draselných iónov z vonkajšej strany.

V proteíne sú fosfátové skupiny oddelené (proteín je defosforylovaný) a proteín sa vracia do svojej pôvodnej štruktúry. V tomto štádiu môžu vstupovať ióny draslíka.

ATPázy

Štrukturálne "čerpadlo" je enzým typu ATPázy, ktorý má väzbové miesta pre sodíkové ióny a ATP na povrchu, ktorý je obrátený k cytoplazme, a v časti, ktorá je obrátená k vonkajšiemu povrchu bunky, sú miesta, kde sa nachádzajú pre draslík.

V cicavčích bunkách je výmena cytoplazmatických Na + iónov extracelulárnymi iónmi K + sprostredkovaná enzýmom ukotveným na membráne, nazývaným ATPáza. Výmena iónov sa premieta do membránového potenciálu.

Tento enzým sa skladá z dvoch membránových polypeptidov s dvoma podjednotkami: alfa 112 kD a beta 35 kD.

Iónové pumpy, regenické a elektrogénne

Keďže pohyb iónov cez membrány je nerovnaký (dva draselné ióny pre tri sodíkové ióny), pohyb siete smerom von zahŕňa kladný náboj na jeden čerpací cyklus.

Tieto čerpadlá sa nazývajú reogénne, pretože zahŕňajú čistý pohyb nábojov a produkujú transmembránový elektrický prúd. V prípade, že prúd generuje vplyv na membránové napätie, čerpadlo sa nazýva elektrogénne.

Rýchlosť čerpadla

Za podmienok normality sa množstvo sodíkových iónov čerpaných do vonkajšieho priestoru bunky rovná počtu iónov vstupujúcich do bunky, takže čistý tok pohybu sa rovná nule..

Množstvo iónov, ktoré existujú mimo a vnútri bunky, je určené dvoma faktormi: rýchlosťou, ktorou dochádza k aktívnemu transportu sodíka, a rýchlosťou, ktorou sa vracia cez difúzne procesy.

Rýchlosť vstupu difúziou logicky určuje rýchlosť, ktorú čerpadlo vyžaduje, aby sa udržala požadovaná koncentrácia v intra- a extracelulárnom prostredí. Keď sa koncentrácia zvýši, čerpadlo zvýši svoju rýchlosť.

Dopravná kinetika

Aktívny transport vykazuje kinetiku Michaelis-Menten, charakteristickú pre značný počet enzýmov. Podobne je inhibovaný analogickými molekulami.

Funkcie a význam

Kontrola objemu buniek

Čerpadlo sodno-draselného je zodpovedné za udržiavanie optimálneho objemu buniek. Tento systém podporuje výstup sodíkových iónov; preto extracelulárne prostredie získava kladné poplatky. Kvôli príťažlivosti nábojov sa ióny akumulujú s negatívnymi nábojmi, ako sú napríklad chlór alebo hydrogenuhličitanové ióny.

V tomto bode má extracelulárna tekutina významné množstvo iónov, ktoré generujú pohyb vody z vnútra bunky von - osmózou - na rozriedenie týchto rozpustených látok..

Potenciál pokojovej membrány

Čerpadlo sodno-draselného je známe pre svoju úlohu v nervovom impulze. Nervové bunky, nazývané neuróny, sú elektricky aktívne a špecializované na prenos impulzov. V neurónoch môžete hovoriť o "membránovom potenciáli".

K membránovému potenciálu dochádza, keď je na oboch stranách membrány nerovnaká koncentrácia iónov. Keďže vnútro bunky má veľké množstvo draslíka a vonku je bohatý na sodík, je tu uvedený potenciál.

Membránový potenciál je možné rozlíšiť, keď je bunka v pokoji (neexistujú žiadne aktívne alebo postsynaptické udalosti), ako aj akčný potenciál.

Keď je bunka v pokoji, je stanovený potenciál -90 mV a táto hodnota je udržiavaná hlavne pomocou sodíkovej draselnej pumpy. Vo väčšine skúmaných buniek sú pokojové potenciály v rozsahu medzi -20 mV a -100 mV.

Nervové impulzy

Nervový impulz vedie k otvoreniu sodíkových kanálov, vytvára nerovnováhu v membráne a hovorí sa, že je "depolarizovaný". Pretože má kladný náboj, na vnútornej strane membrány dochádza k obráteniu záťaže.

Keď sa skončí, otvorenie draslíkových kanálov nastane na doplnenie nábojov vnútri bunky. V tomto čase udržiava sodíková draselná pumpa konštantnú koncentráciu uvedených iónov.

inhibítory

Sodná pumpa draselná môže byť inhibovaná srdcovým glykozidom ouabínom. Keď táto zlúčenina dosiahne povrch bunky, kompetuje o väzbové miesta iónov. Je tiež inhibovaný inými glykozidmi, ako je digoxín.

referencie

1. Curtis, H., & Schnek, A. (2006). Pozvánka na biológiu. Panamericana Medical.
2. Hill, R.W., Wyse, G.A., Anderson, M., Anderson, M. (2004). Fyziológia zvierat. Sinauer Associates.
3. Randall, D., Burggren, W. W., Burggren, W., French, K., & Eckert, R. (2002). Eckertova fyziológia zvierat. Macmillan.
4. Skou, J. C., & Esmann, M. (1992). Na, k-atpáza. Časopis bioenergetiky a biomembrán, 24(3), 249-261.
5. Uribe, R.R., & Bestene, J.A.. Toxikológie. Postupy a postupy. Pokyny pre klinickú prax Zväzok 2, zväzok IV. Pontificia Universidad Javeriana.