Natriumkalium Pompfunctie, functies en belang

de kalium natriumpomp is een actief cellulair transportmechanisme dat natriumionen verplaatst (Na⁺) van de binnenkant van de cel naar de buitenkant, en het kaliumion (K.⁺) in de tegenovergestelde richting. De pomp is verantwoordelijk voor het behoud van de concentratiegradiënten die kenmerkend zijn voor beide ionen.

Dit ionentransport vindt plaats tegen normale concentratiegradiënten, omdat wanneer een ion zeer geconcentreerd is in de cel, het de neiging heeft het te verlaten om de concentraties aan de buitenkant te evenaren. De kaliumnatriumpomp breekt dit principe en vereist hiervoor energie in de vorm van ATP.

In feite is deze pomp een voorbeeld van actief cellulair transport. De pomp wordt gevormd door een complex van enzymatische aard dat de bewegingen van de ionen binnen en buiten de cel uitvoert. Het is aanwezig in alle membranen van dierlijke cellen, hoewel het meer voorkomt in bepaalde soorten, zoals neuronen en spiercellen.

Natrium- en kaliumionen zijn cruciaal voor verschillende biologische functies, zoals het onderhoud en de regulering van het celvolume, de overdracht van zenuwimpulsen, het genereren van spiercontracties, onder andere..

index

• 1 bediening
  • 1.1 Basisprincipes van mobiel transport
  • 1.2 Actief en passief vervoer
  • 1.3 Kenmerken van de natriumkaliumpomp
  • 1.4 Hoe de natriumkaliumpomp werkt?
  • 1.5 ATPase
  • 1.6 Regenische en electrogenische ionenpompen
  • 1.7 Pompsnelheid
  • 1.8 Transportkinetiek
• 2 Functies en belangrijkheid
  • 2.1 Celvolumeregeling
  • 2.2 Rustpotentiaal
  • 2.3 Nerveuze impulsen
• 3 remmers
• 4 Referenties

operatie

Basisprincipes van mobiel transport

Alvorens de werking van de natrium-kaliumpomp grondig te onderzoeken, is het noodzakelijk om de termen te begrijpen en te definiëren die het meest worden gebruikt in termen van mobiel transport.

De cellen bevinden zich in een constante uitwisseling van materialen met hun externe omgeving. Deze beweging vindt plaats dankzij de aanwezigheid van semi-permeabele lipidemembranen die moleculen in staat stellen om binnen te gaan en te verlaten op het gemak van de cel; de membranen zijn zeer selectieve entiteiten.

Biomembranen bestaan ​​niet alleen uit lipiden; ze hebben ook een reeks aan elkaar gebonden eiwitten die ze kunnen kruisen of zich daar door andere routes aan kunnen hechten.

Gezien het apolaire gedrag van het binnenste van de membranen, is de intrede van de polaire substanties in gevaar. De verplaatsing van polaire moleculen is echter noodzakelijk om te voldoen aan verschillende processen; daarom moet de cel mechanismen hebben die de doorgang van deze polaire moleculen mogelijk maken.

De passage van moleculen door de membranen kan worden verklaard door fysische principes. Diffusie is de willekeurige beweging van moleculen van gebieden met hoge concentraties naar regio's waar de concentratie lager is.

Ook wordt de beweging van water door semi-permeabele membranen verklaard door osmose, een proces waarbij de stroming van water zal plaatsvinden waar er een hogere concentratie van opgeloste stoffen is..

Actief en passief vervoer

Afhankelijk van het al dan niet gebruik van energie, wordt transport door de membranen geclassificeerd als passief en actief. 

Wanneer een opgeloste stof passief wordt getransporteerd, gebeurt dit alleen ten gunste van concentratiegradiënten, volgens het beginsel van eenvoudige diffusie.

Het kan het via het membraan doen, via waterige kanalen of met behulp van een transportmolecuul dat het proces vergemakkelijkt. De rol van het transportmolecuul is het "maskeren" van een polaire substantie zodat deze door het membraan kan gaan.

Er komt een punt waarop de opgeloste stoffen hun concentraties aan beide zijden van het membraan gelijk hebben gesteld en de stroom stopt. Als u het molecuul in een bepaalde richting wilt verplaatsen, moet u energie in het systeem injecteren.

In het geval van geladen moleculen moet rekening worden gehouden met de concentratiegradiënt en de elektrische gradiënt.

De cel investeert veel energie in het weghouden van deze gradiënten van het evenwicht, dankzij het bestaan ​​van actief transport dat ATP gebruikt om een ​​deeltje te verplaatsen naar gebieden met hoge concentratie.

Kenmerken van de natriumkaliumpomp

In de cellen is de kaliumconcentratie ongeveer 10 tot 20 keer hoger, in vergelijking met de buitenzijde van de cel. Op dezelfde manier is de concentratie van natriumionen veel hoger buiten de cel.

Het mechanisme dat verantwoordelijk is voor het handhaven van deze concentratiegradiënten is de natriumkaliumpomp, gevormd door een enzym verankerd aan het plasmamembraan in dierlijke cellen..

Het is van het antiport-type, omdat het een soort molecuul uitwisselt van de ene kant van het membraan voor een ander. Natriumtransport komt naar buiten, terwijl het kaliumtransport binnen plaatsvindt.

Wat de verhoudingen betreft, vereist de pomp de verplichte uitwisseling van twee kaliumionen van buitenaf door drie natriumionen uit het inwendige van de cel. Wanneer er een tekort aan kaliumionen is, kan de uitwisseling van natriumionen die normaal zouden plaatsvinden, niet worden uitgevoerd.

Hoe de natriumkaliumpomp werkt?

De eerste stap is de fixatie van de drie natriumionen in het ATPase-eiwit. De afbraak van ATP in ADP en fosfaat vindt plaats; het fosfaat dat vrijkomt bij deze reactie is geassocieerd met het eiwit, waardoor een conformationele verandering in de transportkanalen wordt veroorzaakt.

De stap is bekend als fosforylering van het eiwit. Met deze modificaties worden de natriumionen naar de buitenkant van de cel verdreven. Vervolgens vindt de vereniging van de twee kaliumionen van buitenaf plaats.

In het eiwit zijn de fosfaatgroepen niet gekoppeld (het eiwit is gedefosforyleerd) en keert het eiwit terug naar de oorspronkelijke structuur. In dit stadium kunnen kaliumionen binnenkomen.

ATPase

Structureel is de "pomp" een enzym van het ATPase-type dat bindingsplaatsen voor natriumionen en ATP op het oppervlak heeft dat naar het cytoplasma is gekeerd, en in het deel dat naar de buitenzijde van de cel is gericht zijn de plaatsen van bindend voor kalium.

In zoogdiercellen wordt de uitwisseling van cytoplasmatische Na + -ionen door extracellulaire K + -ionen gemedieerd door een enzym dat is verankerd aan het membraan, ATPase genoemd. De uitwisseling van ionen vertaalt zich in een membraanpotentieel.

Dit enzym bestaat uit twee membraanpolypeptiden met twee subeenheden: alfa van 112 kD en bèta van 35 kD.

Ionische pompen, regenisch en elektrogisch

Omdat de beweging van ionen door de membranen ongelijk is (twee kaliumionen voor drie natriumionen), heeft de netto beweging naar buiten betrekking op een positieve lading per pompcyclus.

Deze pompen worden reogeen genoemd, omdat ze een netto ladingsbeweging inhouden en een transmembraante elektrische stroom produceren. In het geval dat de stroom een ​​effect op de membraanspanning genereert, wordt de pomp elektrogeen genoemd.

Pomp snelheid

Onder normale omstandigheden is de hoeveelheid natriumionen die naar de buitenkant van de cel wordt gepompt gelijk aan het aantal ionen dat de cel binnenkomt, zodat de netto stroom van de beweging gelijk is aan nul.

De hoeveelheid ionen die buiten en binnen de cel bestaat, wordt bepaald door twee factoren: de snelheid waarmee het actieve natriumtransport plaatsvindt en de snelheid waarmee het weer binnenkomt via diffusieprocessen..

Logisch gezien bepaalt de snelheid van ingang door diffusie de snelheid vereist door de pomp om de vereiste concentratie in de intra- en extracellulaire omgevingen te handhaven. Wanneer de concentratie toeneemt, verhoogt de pomp de snelheid.

Transportkinetiek

Actief transport vertoont de Michaelis-Menten-kinetiek, kenmerkend voor een aanzienlijk aantal enzymen. Evenzo wordt het geremd door analoge moleculen.

Functies en belangrijkheid

Controle van celvolume

De natriumkaliumpomp is verantwoordelijk voor het handhaven van een optimaal celvolume. Dit systeem bevordert de uitgang van natriumionen; daarom verkrijgt de extracellulaire omgeving positieve ladingen. Vanwege de aantrekking van ladingen hopen ionen zich op met negatieve ladingen, zoals chloor- of bicarbonaat-ionen.

Op dit punt heeft de extracellulaire vloeistof een aanzienlijke hoeveelheid ionen, die de beweging van water van de binnenkant van de cel naar de buitenkant genereert - door osmose - om deze opgeloste stoffen te verdunnen.

Rustende membraanpotentiaal

De natriumkaliumpomp staat bekend om zijn rol in de zenuwimpuls. De zenuwcellen, neuronen genaamd, zijn elektrisch actief en gespecialiseerd in impulsentransport. In neuronen kun je praten over een "membraanpotentiaal".

Een membraanpotentiaal treedt op wanneer er een ongelijkheid van ionische concentratie aan beide zijden van het membraan is. Omdat het inwendige van de cel grote hoeveelheden kalium bevat en de buitenkant rijk is aan natrium, is er potentieel.

De membraanpotentiaal kan worden onderscheiden wanneer de cel in rust is (er zijn geen actieve of post-synaptische gebeurtenissen), evenals de actiepotentiaal.

Wanneer de cel in rust is, wordt een potentiaal van -90 mV vastgesteld en deze waarde wordt hoofdzakelijk onderhouden door de natriumkaliumpomp. In de meeste onderzochte cellen liggen de rustpotentialen in het bereik tussen -20 mV en -100 mV.

Zenuwachtige impulsen

De zenuwimpuls leidt tot de opening van natriumkanalen, creëert een onbalans in het membraan en wordt "gedepolariseerd" genoemd. Omdat het een positieve lading heeft, vindt een omkering van de belasting plaats aan de binnenzijde van het membraan.

Wanneer het opgelegde einde eindigt, vindt de opening van de kaliumkanalen plaats om de ladingen in de cel aan te vullen. Op dit moment houdt de natriumkaliumpomp de concentratie van de ionen constant.

remmers

De kalium-natriumpomp kan worden geremd door het hartglycoside ouabine. Wanneer deze verbinding het oppervlak van de cel bereikt, concurreert deze voor de bindingsplaatsen van de ionen. Het wordt ook geremd door andere glycosiden zoals digoxine.

referenties

1. Curtis, H., & Schnek, A. (2006). Uitnodiging voor biologie. Ed. Panamericana Medical.
2. Hill, R.W., Wyse, G.A., Anderson, M., And Anderson, M. (2004). Dierfysiologie. Sinauer Associates.
3. Randall, D., Burggren, W.W., Burggren, W., French, K., & Eckert, R. (2002). Eckert dierfysiologie. Macmillan.
4. Skou, J.C., & Esmann, M. (1992). De na, k-fase. Journal of bio-energetica en biomembranen, 24(3), 249-261.
5. Uribe, R.R., & Bestene, J.A.. Toxicologie. Praktijken en procedures. Richtlijnen voor klinische praktijk Deel 2, deel IV. Pontificia Universidad Javeriana.