Det natriumkaliumpumpe Det er en proteinstruktur, der er inkluderet i et bredere sæt molekyler, der findes i mange cellemembraner, og som er ansvarlig for den aktive transport af ioner eller andre små molekyler mod deres koncentrationsgradienter. De bruger den energi, der frigives ved hydrolyse af ATP, og derfor kaldes de generisk ATPaser.
Natriumkaliumpumpen er en Na + / K + ATPase, fordi den frigiver energien indeholdt i ATP-molekylet for at flytte natrium indefra til ydersiden af cellen, mens den indfører kalium.
Inde i cellen er natrium mindre koncentreret (12 mEq / L) end udenfor (142 mEq / L), mens kalium er mere koncentreret udenfor (4 mEq / L) end indeni (140 mEq / L).
ATPase-pumper er klassificeret i tre store grupper:
Natriumkaliumpumpen (Na + / K + ATPase) tilhører gruppen af P-klasse ionpumper og blev opdaget i 1957 af Jens Skou, en dansk forsker, da han studerede anæstesimekanismens virkningsmekanisme på nerverne af en krabbe. (Carcinus maenas); arbejde, hvor han blev tildelt Nobelprisen i kemi i 1997.
Artikelindeks
Natriumkaliumpumpen er et enzym, der fra synspunktet på dens kvaternære struktur dannes af 2 proteinunderenheder af alfa (α) typen og to af beta (β) typen.
Det er derfor en tetramer af α2β2-typen, hvis underenheder er integrerede membranproteiner, dvs. de krydser lipiddobbeltlaget og har både intra- og ekstra-cytosoliske domæner..
Α-underenhederne er dem, der indeholder bindingsstederne for ATP og for Na + og K + -ionerne og repræsenterer den katalytiske komponent i enzymet og den, der udøver selve pumpens funktion..
Α-underenhederne er store polypeptider med en molekylvægt på 120 kDa, 10 transmembransegmenter og med deres N- og C-terminale ender placeret på den cytosoliske side..
På den intracellulære side har de bindingssteder for ATP og Na + samt en aspartatrest i position 376, der repræsenterer stedet, der gennemgår phosphoryleringsprocessen under pumpeaktivering..
Bindingsstedet for K + ser ud til at være på den ekstracellulære side.
Β-underenhederne ser ikke ud til at have en direkte deltagelse i pumpefunktionen, men i deres fravær forekommer denne funktion ikke..
Β-underenhederne har en molekylvægt på ca. 55 kDa hver og er glycoproteiner med et enkelt transmembrandomæne, hvis kulhydratrester indsættes i det ekstracellulære område..
De synes at være nødvendige i det endoplasmatiske retikulum, hvor de vil bidrage til korrekt foldning af α-underenhederne og derefter på membranniveau for at stabilisere komplekset..
Begge typer underenheder er heterogene, og α1, α2 og α3 isoformer er blevet beskrevet for den ene, og β1, β2 og β3 for den anden. Α1 findes i membranerne i de fleste celler, mens α2 er til stede i muskel, hjerte, fedtvæv og hjerne og α3 i hjerte og hjerne.
Β1-isoformen er den med den mest diffuse fordeling, skønt den er fraværende i nogle væv såsom vestibulære celler i det indre øre og de hurtigt reagerende glykolytiske muskelceller. Sidstnævnte indeholder kun β2.
De forskellige strukturer af underenhederne, der udgør Na + / K + -pumpen i de forskellige væv, kan skyldes funktionelle specialiseringer, der endnu ikke er belyst..
I ethvert øjeblik betragtet udgør plasmamembranen en separationsgrænse mellem rummet svarende til det indre af en celle og det, der repræsenterer den ekstracellulære væske, hvori den nedsænkes..
Begge rum har en sammensætning, der kan være kvalitativt forskellig, da der er stoffer inde i celler, der ikke findes uden for dem, og den ekstracellulære væske indeholder stoffer, der ikke er til stede intracellulært..
Stoffer, der er til stede i begge rum, kan findes i forskellige koncentrationer, og disse forskelle kan have fysiologisk betydning. Sådan er det med mange ioner.
Na + / K + -pumpen spiller en grundlæggende rolle i opretholdelsen af intracellulær homeostase ved at kontrollere koncentrationerne af natrium- og kaliumioner. Denne vedligeholdelse af homeostase opnås takket være:
Na + har en ekstracellulær koncentration på ca. 142 mEq / L, medens dens intracellulære koncentration kun er 12 mEq / L; K + er derimod mere koncentreret inde i cellen (140 mEq / L) end uden for den (4 mEq / L).
Selvom den elektriske ladning af disse ioner ikke tillader deres passage gennem membranen, er der ionkanaler, der tillader det (selektivt), hvilket fremmer bevægelse, hvis de kræfter, der normalt bevæger disse ioner, også er til stede..
Nu er disse forskelle i koncentration af stor betydning i bevarelse af homeostase af organismen og skal opretholdes i en slags balance, som hvis tabt ville medføre vigtige organiske ændringer.
Funktionen af Na + / K + -pumpen tillader ekstraktion af natrium, der er kommet ind ved diffusion gennem kanaler eller andre transportveje, og genindførelse af kalium, der er diffunderet ud, hvilket muliggør bevaring af intra og ekstracellulære koncentrationer af disse ioner.
Virkningsmekanismen for ATPase Na + / K + består af en katalytisk cyklus, der involverer overførselsreaktioner af en phosphorylgruppe (Pi) og konformationsændringer af enzymet, der går fra en El-tilstand til en E2-tilstand og omvendt..
Operationen kræver tilstedeværelse af ATP og Na + inde i cellen og K + i den ekstracellulære væske.
Cyklussen begynder i enzymets E1-konformationstilstand, hvor der er 3 cytosoliske steder med binding til Na + og høj affinitet (Km på 0,6 mM), der er fuldt optaget, fordi intraionkoncentrationen (12 mM) tillader det.
I denne tilstand (El) og med Na + bundet til dets bindingssteder, binder ATP til sit sted i den cytosoliske sektor af molekylet, hydrolyseres, og en phosphatgruppe overføres til aspartat 376 og danner et højenergiacylphosphat, der inducerer en konformation skift til tilstand E2.
Den konformationsændring til E2-tilstanden indebærer, at Na + -bindingsstederne passerer udefra, deres affinitet for ionen falder kraftigt, og den frigives i det ekstracellulære væske, mens affiniteten af K + -bindingsstederne på samme tid øges, og disse ioner er fastgjort til ydersiden af pumpen.
Når Na + er frigivet og K + -bundet, forekommer hydrolysen af aspartylphosphat, og konformationsændringen fra E2-tilstanden til E1-tilstanden vendes tilbage, med genindførelsen af de tomme Na + -bindingssteder og dem af besatte K +.
Når denne ændring finder sted, genvinder stedene for Na + deres affinitet, og de for K + mister den, hvormed K + frigives i cellen..
Na + / K + pumpen er til stede i de fleste, hvis ikke alle, pattedyrceller, hvor det er af generel betydning ved at hjælpe med at opretholde deres osmolaritet og derfor deres volumen.
Den kontinuerlige indgang af natriumioner i cellen bestemmer en stigning i det intracellulære antal osmotisk aktive partikler, hvilket inducerer indtrængen af vand og stigningen i volumen, der ender med at forårsage brud på membranen og cellekollaps..
Da disse pumper kun introducerer 2 K + for hver 3 Na +, de fjerner, opfører de sig elektrisk, hvilket betyder, at de "dekompenserer" de interne elektriske ladninger, hvilket favoriserer produktionen af membranpotentialet, der er karakteristisk for kropsceller..
Dets betydning er også tydelig i forhold til cellerne, der udgør spændende væv, hvor handlingspotentialerne er karakteriseret ved indgangen til Na + -ionen, som depolariserer cellen, og udgangen af K +, som ompolariserer den..
Disse ioniske bevægelser er mulige takket være driften af Na + / K + pumperne, som bidrager til produktionen af de kemiske gradienter, der bevæger de involverede ioner..
Uden disse pumper, der fungerer i den modsatte retning, vil koncentrationen af disse ioner forsvinde, og den exciterende aktivitet ville forsvinde..
Et andet aspekt, der fremhæver den ekstreme betydning af natrium-kaliumpumper, er relateret til nyrefunktionen, hvilket ville være umuligt uden dem.
Nyrefunktion involverer den daglige filtrering af mere eller mindre 180 liter plasma og store mængder stoffer, hvoraf nogle skal udskilles, men mange skal genabsorberes, så de ikke går tabt gennem urinen..
Genabsorptionen af natrium, vand og mange af de filtrerede stoffer afhænger af disse pumper, som er placeret i den basolaterale membran i cellerne, der udgør epithelia af de forskellige rørformede segmenter af nyrenefronerne..
Epitelcellerne, der leder nyretubuli, har et ansigt, der er i kontakt med tubulens lumen og kaldes det apikale ansigt, og et andet, der er i kontakt med interstitiumet omkring tubuli og kaldes basolateral..
Vandet og de stoffer, der genabsorberes, skal først passere ind i cellen gennem apikalet og derefter ind i interstitiumet gennem det basolaterale.
Genoptagelsen af Na + er nøglen både i forhold til det og i forhold til vandet og andre stoffer, der er afhængige af det. Den apikale indgang af Na + i cellen kræver, at der er en gradient, der bevæger den, og det indebærer en meget lav koncentration af ionen inde i cellen..
Denne lave intracellulære koncentration af Na + produceres af natriumpumperne i den basolaterale membran, der arbejder intensivt for at fjerne ionen fra cellerne ind i interstitiet..
Endnu ingen kommentarer