Natriumkaliumpump Funktion, funktioner och betydelse



den kaliumnatriumpump är en aktiv cellulär transportmekanism som rör natriumjoner (Na+) från cellens inre till utsidan, och kaliumjonen (K+) i motsatt riktning. Pumpen är ansvarig för att bibehålla koncentrationsgradienterna som är karakteristiska för båda joner.

Denna jontransport sker mot normala koncentrationsgradienter, eftersom när en jon är mycket koncentrerad i cellen tenderar den att lämna den för att matcha koncentrationerna med utsidan. Kaliumnatriumpumpen bryter mot denna princip, och för att det krävs energi i form av ATP.

Faktum är att denna pump är ett modellexempel på aktiv cellulär transport. Pumpen bildas av ett komplex av enzymatisk natur som utför jonernas rörelser inuti och utanför cellen. Det är närvarande i alla membran av djurceller, även om det är mer rikligt i vissa typer, såsom neuroner och muskelceller.

Natrium- och kaliumjoner är avgörande för olika biologiska funktioner, såsom underhåll och reglering av cellvolym, överföring av nervimpulser, generering av muskelkontraktioner, bland annat..

index

  • 1 operation
    • 1.1 Grundläggande principer för celltransport
    • 1.2 Aktiv och passiv transport
    • 1.3 Karakteristik av natriumkaliumpump
    • 1.4 Hur natriumkaliumpumpen fungerar?
    • 1,5 ATPas
    • 1.6 Regeniska och elektrogena jonpumpar
    • 1.7 Pumphastighet
    • 1.8 Transportkinetik
  • 2 Funktioner och betydelse
    • 2.1 Cellvolymkontroll
    • 2.2 Vila membranpotential
    • 2.3 Nerviska impulser
  • 3 inhibitorer
  • 4 referenser

drift

Grundprinciper för celltransport

Innan du utför en djupgående undersökning av natriumkaliumpumpens funktion är det nödvändigt att förstå och definiera termer som används mest när det gäller celltransport.

Cellerna är i en konstant utbyte av material med sin yttre miljö. Denna rörelse sker tack vare förekomsten av semipermeabla lipidmembran som tillåter molekyler att komma in och ut ur cellens bekvämlighet; membranerna är starkt selektiva enheter.

Biomembran består inte enbart av lipider; de har också en serie proteiner som är bundna till dem som kan korsa dem eller förankra sig på dessa av andra vägar.

Med tanke på det apolära beteendet hos membranens inre, äventyras inträdet av de polära ämnena. Förskjutningen av polära molekyler är dock nödvändig för att följa olika processer; därför måste cellen ha mekanismer som tillåter transitering av dessa polära molekyler.

Genomförandet av molekyler genom membranen kan förklaras av fysiska principer. Diffusion är den slumpmässiga rörelsen av molekyler från områden med höga koncentrationer till regioner där koncentrationen är lägre.

Även förflyttningen av vatten genom semipermeabla membran förklaras av osmos, ett förfarande där vattenflödet kommer att inträffa där det finns en högre koncentration av lösta ämnen..

Aktiv och passiv transport

Beroende på användningen eller inte av energi klassificeras transporten genom membranen som passiv och aktiv. 

När ett lösta transporteras passivt gör det det endast för koncentrationen av koncentrationer, enligt principen om enkel diffusion.

Det kan göra det genom membranet, genom vattenhaltiga kanaler eller genom att använda en transportmolekyl som underlättar processen. Transportmolekylens roll är att "maskera" en polär substans så att den kan passera genom membranet.

Det kommer en punkt där lösningarna har likställt deras koncentrationer på båda sidor av membranet och flödet stannar. Om du vill flytta molekylen i någon riktning måste du injicera energi i systemet.

När det gäller laddade molekyler måste koncentrationsgradienten och den elektriska gradienten beaktas.

Cellen investerar mycket energi i att hålla dessa gradienter bort från jämvikt, tack vare förekomsten av aktiv transport som använder ATP för att flytta en partikel till områden med hög koncentration.

Karakteristik av natriumkaliumpump

Inuti cellerna är kaliumkoncentrationen cirka 10 till 20 gånger högre jämfört med cellens yttre. På samma sätt är koncentrationen av natriumjoner mycket högre utanför cellen.

Mekanismen som är ansvarig för att upprätthålla dessa koncentrationsgradienter är natriumkaliumpumpen, som bildas av ett enzym förankrat i plasmamembranet i djurceller..

Det är av typen Antiport, eftersom det byter ut en slags molekyl från ena sidan av membranet till en annan. Natriumtransport sker utåt, medan kaliumtransport sker inuti.

Vad gäller proportionerna kräver pumpen obligatorisk utbyte av två kaliumjoner utifrån av tre natriumjoner från cellens inre. När det finns brist på kaliumjoner, kan utbytet av natriumjoner som normalt inträffar inte utföras.

Hur natriumkaliumpumpen fungerar?

Det första steget är fixeringen av de tre natriumjonerna i ATPasproteinet. Nedbrytningen av ATP i ADP och fosfat inträffar; fosfatet som frigörs i denna reaktion är associerat med proteinet, vilket inducerar en konformationsändring i transportkanalerna.

Steget är känt som fosforylering av proteinet. Med dessa modifieringar utsöndras natriumjonerna till cellens utsida. Därefter uppstår föreningen av de två kaliumjonerna från utsidan.

I proteinet är fosfatgrupperna ouppkopplade (proteinet defosforyleras) och proteinet återgår till sin ursprungliga struktur. På detta stadium kan kaliumjoner komma in.

ATPas

Strukturellt är "pumpen" ett enzym av ATPas-typen som har bindningsställen för natriumjoner och ATP på ytan som vender mot cytoplasman, och i den del som vetter mot cellens yttre är de bindande för kalium.

I däggdjursceller medieras utbytet av cytoplasmatiska Na + -joner med extracellulära K + -joner med ett enzym förankrat till membranet, som kallas ATPas. Utbytet av joner omvandlas till en membranpotential.

Detta enzym består av två membranpolypeptider med två subenheter: alfa av 112 kD och beta av 35 kD.

Joniska pumpar, regeniska och elektrogena

Eftersom jonernas rörelse genom membranen är ojämn (två kaliumjoner för tre natriumjoner), innebär nätförflyttningen till utsidan en positiv laddning per pumpcykel.

Dessa pumpar kallas reogen, eftersom de innebär en nettoförflyttning av laddningar och producerar en transmembran elektrisk ström. I det fall där strömmen alstrar en effekt på membranspänningen kallas pumpen elektrogen.

Pumphastighet

Under normala förhållanden är mängden natriumjoner som pumpas till cellens yttre lika med antalet joner som kommer in i cellen, så rörelsens nätflöde är lika med noll.

Mängden joner som existerar och inuti cellen bestäms av två faktorer: hastigheten vid vilken den aktiva transporten av natrium inträffar och den hastighet vid vilken den går in igen genom diffusionsprocesser.

Logiskt bestämmer diffusionshastigheten hastigheten som krävs av pumpen för att upprätthålla den erforderliga koncentrationen i de intra- och extracellulära omgivningarna. När koncentrationen ökar ökar pumpen sin hastighet.

Transportkinetik

Aktiv transport uppvisar Michaelis-Menten kinetik, som är karakteristisk för ett betydande antal enzymer. På samma sätt inhiberas det av analoga molekyler.

Funktioner och betydelse

Kontroll av cellvolymen

Natriumkaliumpumpen är ansvarig för att bibehålla en optimal cellvolym. Detta system främjar utgången av natriumjoner; Därför förvärvar den extracellulära miljön positiva avgifter. På grund av attraktionen av laddningar ackumuleras joner med negativa laddningar, såsom klor eller bikarbonatjoner.

Vid denna tidpunkt har den extracellulära vätskan en signifikant mängd joner som genererar vattendragningen från insidan av cellen till utsidan - genom osmos - för att späda dessa lösningar.

Vila membranpotential

Natriumkaliumpumpen är känd för sin roll i nervimpulsen. Nervcellerna, som kallas neuroner, är elektriskt aktiva och specialiserade för impulstransporter. I neuroner kan du prata om en "membranpotential".

En membranpotential uppträder när det föreligger en ojämlik jonkoncentration på båda sidor av membranet. Eftersom det inre av cellen har stora mängder kalium och utsidan är rik på natrium, sägs potential.

Membranpotentialen kan särskiljas när cellen ligger i vila (det finns inga aktiva eller postsynaptiska händelser), såväl som åtgärdspotentialen.

När cellen ligger i vila upprättas en potential på -90 mV och detta värde upprätthålls huvudsakligen av natriumkaliumpumpen. I de flesta av de studerade cellerna ligger vilopotentialer i intervallet mellan -20 mV och -100 mV.

Nerviska impulser

Den nervösa impulsen leder till öppningen av natriumkanaler, skapar en obalans i membranet och sägs vara "depolariserad". Eftersom den har en positiv laddning sker en reversering av belastningen på membrans inre sida.

När de pålagda slutar uppträder kaliumkanalernas öppning för att fylla på laddningarna inuti cellen. Vid denna tidpunkt håller natriumkaliumpumpen konstant koncentrationen av jonerna.

inhibitorer

Kaliumnatriumpumpen kan hämmas av hjärtglykosid ouabinen. När denna förening når ytan av cellen konkurrerar den för bindningsställena för jonerna. Det hämmas också av andra glykosider, såsom digoxin.

referenser

  1. Curtis, H., & Schnek, A. (2006). Inbjudan till biologi. Ed. Panamericana Medical.
  2. Hill, R.W., Wyse, G. A., Anderson, M., & Anderson, M. (2004). Djurfysiologi. Sinauer Associates.
  3. Randall, D., Burggren, W.W., Burggren, W., French, K., & Eckert, R. (2002). Eckert djurfysiologi. Macmillan.
  4. Skou, J.C., & Esmann, M. (1992). Na, k-atpasen. Journal of bioenergetics and biomembranes, 24(3), 249-261.
  5. Uribe, R. R., & Bestene, J. A. Toxikologi. Övningar och förfaranden. Kliniska rutiner Volym 2, volym IV. Pontificia Universidad Javeriana.