Natrium Potassium Pump Function, Function and Importance



The pam natrium kalium adalah mekanisme pengangkutan selular aktif yang menggerakkan ion natrium (Na+) dari bahagian sel ke luar, dan ion kalium (K+) dalam arah yang bertentangan. Pam itu bertanggungjawab untuk mengekalkan ciri-ciri kecerunan kepekatan kedua-dua ion.

Pengangkut ion ini berlaku terhadap kecerunan kepekatan biasa, kerana apabila ion sangat tertumpu dalam sel, ia cenderung meninggalkannya untuk menyesuaikan kepekatan dengan bahagian luar. Pam natrium kalium memecahkan prinsip ini, dan untuk melakukannya memerlukan tenaga dalam bentuk ATP.

Malah, pam ini adalah contoh model pengangkutan selular yang aktif. Pam itu dibentuk oleh kompleks sifat enzimatik yang melakukan pergerakan ion di dalam dan di luar sel. Ia hadir dalam semua membran sel-sel haiwan, walaupun ia lebih banyak dalam jenis tertentu, seperti sel-sel neuron dan otot.

Ion natrium dan kalium adalah penting untuk pelbagai fungsi biologi, seperti penyelenggaraan dan pengawalan jumlah sel, penghantaran impuls saraf, penularan kontraksi otot, dan lain-lain..

Indeks

  • 1 Operasi
    • 1.1 Prinsip asas pengangkutan selular
    • 1.2 Pengangkutan aktif dan pasif
    • 1.3 Ciri-ciri natrium kalium pam
    • 1.4 Cara kerja pam natrium kalium?
    • 1.5 ATPase
    • 1.6 Pam ion regenik dan elektrogenik
    • 1.7 Pam kelajuan
    • 1.8 Kinetik pengangkutan
  • 2 Fungsi dan kepentingan
    • 2.1 Kawalan kelantangan sel
    • 2.2 Resting potensi membran
    • 2.3 Impuls saraf
  • 3 Perencat
  • 4 Rujukan

Operasi

Prinsip asas pengangkutan selular

Sebelum meneroka secara mendalam operasi pam natrium-kalium, perlu memahami dan mentakrifkan terma yang paling banyak digunakan dari segi pengangkutan selular.

Sel-sel di dalam pertukaran bahan yang berterusan dengan persekitaran luarannya. Pergerakan ini berlaku berkat kehadiran membran lipid semipermeable yang membolehkan molekul masuk dan keluar pada kemudahan sel; membran adalah entiti yang sangat selektif.

Biomembran tidak terdiri daripada lipid sahaja; mereka juga mempunyai satu siri protein yang terikat kepada mereka yang boleh menyeberang atau menangkis diri mereka dengan laluan lain.

Memandangkan tingkah laku semulajadi bahagian dalam membran, kemasukan bahan polar dikompromi. Walau bagaimanapun, anjakan molekul kutub adalah perlu untuk mematuhi proses yang berbeza; oleh itu sel mesti mempunyai mekanisme yang membolehkan transit molekul polar ini.

Laluan molekul melalui membran boleh dijelaskan oleh prinsip fizikal. Penyebaran adalah pergerakan rawak molekul dari kawasan kepekatan tinggi ke kawasan di mana kepekatannya lebih rendah.

Juga, pergerakan air melalui membran semipermeable dijelaskan oleh osmosis, proses di mana aliran air akan berlaku di mana terdapat konsentrasi larutan yang lebih tinggi..

Pengangkutan aktif dan pasif

Bergantung pada penggunaan atau tidak tenaga, pengangkutan melalui membran dikelaskan sebagai pasif dan aktif. 

Apabila larut diangkut secara pasif ia hanya memihak kepada gradien kepekatan, berikutan prinsip penyebaran sederhana.

Ia boleh melakukannya melalui membran, melalui saluran berair atau menggunakan molekul pengangkutan yang memudahkan prosesnya. Peranan molekul transporter adalah "topeng" bahan polar supaya ia dapat melalui membran.

Terdapat satu titik di mana larutan telah menyamakan kepekatan mereka di kedua-dua belah membran dan berhenti aliran. Jika anda ingin memindahkan molekul ke arah tertentu, anda perlu menyuntik tenaga ke dalam sistem.

Dalam kes molekul yang dikenakan, kecerunan tumpuan dan kecerunan elektrik mesti diambil kira.

Sel ini melabur banyak tenaga dalam mengekalkan kecerunan ini dari keseimbangan, berkat kewujudan pengangkutan aktif yang menggunakan ATP untuk memindahkan zarah ke kawasan-kawasan kepekatan tinggi.

Ciri-ciri pam natrium kalium

Di dalam sel, kepekatan kalium adalah lebih kurang 10 hingga 20 kali lebih tinggi berbanding dengan sel luar. Dengan cara yang sama, kepekatan ion natrium jauh lebih tinggi di luar sel.

Mekanisme yang bertanggungjawab untuk mengekalkan kecerunan kepekatan ini adalah natrium kalium pam, dibentuk oleh enzim yang berlabuh ke membran plasma dalam sel-sel haiwan..

Ia adalah jenis antiport, kerana ia menukar sejenis molekul dari satu sisi membran yang lain. Pengangkutan natrium berlaku ke luar, manakala pengangkutan kalium berlaku di dalam.

Bagi perkadaran, pam memerlukan pertukaran wajib dua ion kalium dari luar oleh tiga ion natrium dari kawasan sel. Apabila terdapat kekurangan ion kalium, pertukaran ion natrium yang biasanya berlaku tidak boleh dilakukan.

Cara kerja pam natrium kalium?

Langkah awal ialah penetapan tiga ion natrium dalam protein ATPase. Pecahan ATP dalam ADP dan fosfat berlaku; fosfat yang dikeluarkan dalam tindak balas ini dikaitkan dengan protein, mendorong perubahan konformasi dalam saluran pengangkutan.

Langkah ini dikenali sebagai fosforilasi protein. Dengan pengubahsuaian ini, ion natrium dibuang ke luar sel. Selanjutnya kesatuan dua kalium ion dari luar berlaku.

Dalam protein, kumpulan fosfat tidak diguna pakai (protein dikurangkan) dan protein kembali ke struktur awalnya. Pada tahap ini, ion kalium boleh masuk.

ATPase

Secara struktural, "pam" adalah enzim jenis ATPase yang mengikat tapak untuk ion natrium dan ATP pada permukaan yang menghadap sitoplasma, dan di bahagian yang menghadap ke luar sel adalah tapak mengikat kalium.

Dalam sel-sel mamalia, pertukaran ion-ion sitoplasma dengan ion K + ekstraselular diantarkan oleh enzim berlabuh ke membran, yang dipanggil ATPase. Pertukaran ion diterjemahkan ke dalam potensi membran.

Enzim ini terdiri daripada dua polipeptida membran dengan dua subunit: alfa 112 kD dan beta 35 kD.

Pam ionik, regenik dan electrogenic

Oleh kerana pergerakan ion melalui membran tidak sama rata (dua kalium ion selama tiga ion natrium), pergerakan bersih ke luar melibatkan caj positif setiap kitaran pam.

Pam ini dipanggil reogenik, kerana ia melibatkan pergerakan bersih tuduhan dan menghasilkan arus elektrik transmembran. Dalam kes di mana arus menjana kesan pada voltan membran, pam itu dipanggil electrogenic.

Kelajuan pam

Di bawah keadaan normal, jumlah ion natrium yang dipam ke luar sel adalah sama dengan bilangan ion yang memasuki sel, jadi aliran bersih pergerakan sama dengan sifar.

Jumlah ion yang terdapat di luar dan di dalam sel ditentukan oleh dua faktor: kelajuan di mana pengangkutan aktif natrium berlaku dan kelajuan di mana ia memasuki semula melalui proses penyebaran.

Secara logik, kelajuan masuk oleh penyebaran menentukan kelajuan yang dikehendaki oleh pam untuk mengekalkan kepekatan yang diperlukan dalam persekitaran intra dan ekstraselular. Apabila penumpuan meningkat, pam meningkatkan kelajuannya.

Kinetik pengangkutan

Pengangkutan aktif mempamerkan kinetik Michaelis-Menten, ciri-ciri sejumlah besar enzim. Begitu juga, ia terhalang oleh molekul analog.

Fungsi dan kepentingan

Kawalan jumlah sel

Pam natrium kalium bertanggungjawab untuk mengekalkan volum sel optimum. Sistem ini menggalakkan keluar dari ion natrium; Oleh itu, persekitaran ekstraselular memperolehi caj positif. Oleh kerana daya tarikan caj, ion terkumpul dengan caj negatif, seperti ion klorin atau bikarbonat.

Pada masa ini cecair ekstraselular mempunyai sejumlah besar ion, yang menjana pergerakan air dari dalam sel ke luar - oleh osmosis - untuk mencairkan larutan ini.

Memendam potensi membran

Pam natrium kalium dikenali kerana peranannya dalam impuls saraf. Sel-sel saraf, yang dipanggil neuron, aktif secara elektrik dan khusus untuk pengangkutan impuls. Di neuron anda boleh bercakap mengenai "potensi membran".

Potensi membran berlaku apabila terdapat kepekatan ionik yang tidak sama rata pada kedua-dua belah membran. Oleh kerana bahagian dalam sel mempunyai banyak kalium dan di luarnya kaya dengan natrium, ada potensi yang dikatakan.

Potensi membran dapat dibezakan apabila sel sedang beristirahat (tidak ada kejadian aktif atau pasca-sinaptik), serta potensi tindakan.

Apabila sel sedang berehat, potensi -90 mV ditubuhkan dan nilai ini dikekalkan terutamanya oleh pam kalium natrium. Dalam majoriti sel-sel yang dikaji, potensi rehat berada di antara -20 mV dan -100 mV.

Impuls saraf

Dorongan saraf membawa kepada pembukaan saluran natrium, mewujudkan ketidakseimbangan dalam membran dan dikatakan "depolarisasi". Memandangkan ia mempunyai caj positif, pembalikan beban berlaku di bahagian dalam membran.

Apabila hujung yang dikenakan, pembukaan saluran kalium berlaku untuk menambah caj di dalam sel. Pada masa ini, natrium kalium memelihara kepekatan ion yang berterusan.

Inhibitor

Pam natrium kalium boleh dihalang oleh oliabine glikosida jantung. Apabila senyawa ini mencapai permukaan sel, ia bersaing untuk mengikat laman ion. Ia juga dihalang oleh glikosida lain seperti digoxin.

Rujukan

  1. Curtis, H., & Schnek, A. (2006). Jemputan kepada Biologi. Ed. Panamericana Medical.
  2. Hill, R.W., Wyse, G.A., Anderson, M., & Anderson, M. (2004). Fisiologi haiwan. Sinauer Associates.
  3. Randall, D., Burggren, W. W., Burggren, W., Perancis, K., & Eckert, R. (2002). Fisiologi haiwan Eckert. Macmillan.
  4. Skou, J. C., & Esmann, M. (1992). Na, k-atpase. Jurnal bioenergetik dan biomembran, 24(3), 249-261.
  5. Uribe, R. R., & Bestene, J. A. Toksikologi. Amalan & prosedur. Garis panduan amalan klinikal Vol. 2, kelantangan IV. Pontificia Universidad Javeriana.