ฟังก์ชันปั๊มโซเดียมโพแทสเซียมหน้าที่และความสำคัญ

โพแทสเซียมโซเดียมปั๊ม เป็นกลไกการเคลื่อนย้ายเซลลูลาร์ที่ใช้งานซึ่งเคลื่อนย้ายโซเดียมไอออน (นา⁺) จากภายในเซลล์ไปสู่ภายนอกและโพแทสเซียมไอออน (K)⁺) ในทิศทางตรงกันข้าม เครื่องสูบน้ำมีหน้าที่รักษาลักษณะการไล่ระดับความเข้มข้นของไอออนทั้งสอง.

การขนส่งไอออนนี้เกิดขึ้นจากการไล่ระดับความเข้มข้นปกติเนื่องจากเมื่อไอออนเข้มข้นในเซลล์มันก็มีแนวโน้มที่จะปล่อยให้มันจับคู่กับความเข้มข้นกับภายนอก โพแทสเซียมโซเดียมปั๊มแตกหลักการนี้และต้องทำเช่นนั้นต้องการพลังงานในรูปแบบของ ATP.

ในความเป็นจริงปั๊มนี้เป็นตัวอย่างของการขนส่งเซลล์ที่ใช้งานอยู่ ปั๊มเกิดจากความซับซ้อนของธรรมชาติของเอนไซม์ที่ทำหน้าที่เคลื่อนที่ของไอออนทั้งภายในและภายนอกเซลล์ มันมีอยู่ในเยื่อหุ้มเซลล์สัตว์ทั้งหมดแม้ว่ามันจะมีมากขึ้นในบางประเภทเช่นเซลล์ประสาทและเซลล์กล้ามเนื้อ.

โซเดียมและโพแทสเซียมไอออนมีความสำคัญต่อการทำงานทางชีวภาพต่าง ๆ เช่นการบำรุงรักษาและการควบคุมปริมาณเซลล์การส่งกระแสประสาทการสร้างกล้ามเนื้อหดตัวเป็นต้น.

ดัชนี

• 1 การดำเนินงาน
  • 1.1 หลักการพื้นฐานของการเคลื่อนย้ายเซลลูลาร์
  • 1.2 การขนส่งที่ใช้งานและไม่โต้ตอบ
  • 1.3 ลักษณะของปั๊มโซเดียมโปแตสเซียม
  • 1.4 ปั๊มโซเดียมโพแทสเซียมทำงานอย่างไร?
  • 1.5 ATPase
  • 1.6 ปั๊ม Regenic และ Electrogenic ไอออน
  • 1.7 ความเร็วปั๊ม
  • 1.8 จลนพลศาสตร์การขนส่ง
• 2 ฟังก์ชั่นและความสำคัญ
  • 2.1 การควบคุมระดับเสียงของเซลล์
  • 2.2 การพักตัวของเยื่อหุ้มเซลล์
  • 2.3 แรงกระตุ้นประสาท
• 3 สารยับยั้ง
• 4 อ้างอิง

การทำงาน

หลักการพื้นฐานของการเคลื่อนย้ายเซลลูลาร์

ก่อนที่จะสำรวจเชิงลึกเกี่ยวกับการทำงานของปั๊มโซเดียม - โพแทสเซียมจำเป็นต้องเข้าใจและกำหนดเงื่อนไขที่ใช้มากที่สุดในแง่ของการขนส่งเซลล์.

เซลล์มีการแลกเปลี่ยนวัสดุอย่างต่อเนื่องกับสภาพแวดล้อมภายนอก การเคลื่อนไหวนี้เกิดขึ้นเนื่องจากการมีอยู่ของเยื่อหุ้มเซลล์ไขมันแบบกึ่งสังเคราะห์ที่ยอมให้โมเลกุลเข้าและออกตามความสะดวกของเซลล์ เยื่อบุผิวเป็นหน่วยงานที่คัดเลือกอย่างสูง.

Biomembranes ไม่ได้ประกอบไปด้วยไขมันเพียงอย่างเดียว พวกมันยังมีโปรตีนอีกหลายชนิดที่สามารถข้ามหรือยึดเกาะกับเส้นทางอื่นได้.

เมื่อพิจารณาพฤติกรรม apolar ของการตกแต่งภายในของเยื่อหุ้มเซลล์รายการของสารจะถูกทำลาย อย่างไรก็ตามการกำจัดโมเลกุลของขั้วมีความจำเป็นเพื่อให้สอดคล้องกับกระบวนการที่แตกต่างกัน ดังนั้นเซลล์จะต้องมีกลไกที่ช่วยให้การขนส่งโมเลกุลขั้วโลกเหล่านี้.

ทางเดินของโมเลกุลผ่านเยื่อหุ้มเซลล์สามารถอธิบายได้ด้วยหลักการทางกายภาพ การแพร่กระจายเป็นการเคลื่อนที่แบบสุ่มของโมเลกุลจากพื้นที่ที่มีความเข้มข้นสูงไปยังบริเวณที่ความเข้มข้นลดลง.

นอกจากนี้ยังอธิบายการเคลื่อนที่ของน้ำผ่านเยื่อหุ้ม semipermeable โดยกระบวนการออสโมซิสซึ่งเป็นกระบวนการที่การไหลของน้ำจะเกิดขึ้นเมื่อมีความเข้มข้นของตัวละลายที่สูงขึ้น.

การขนส่งที่ใช้งานและแฝง

ขึ้นอยู่กับการใช้งานหรือไม่ใช้พลังงานการขนส่งผ่านเยื่อหุ้มถูกจัดประเภทเป็นแบบพาสซีฟและแอคทีฟ. 

เมื่อตัวถูกละลายถูกส่งไปเฉยๆมันจะทำได้ก็ต่อเมื่อมีการไล่ระดับความเข้มข้นเท่านั้นตามหลักการของการกระจายอย่างง่าย.

มันสามารถทำได้ผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ผ่านช่องทางน้ำหรือใช้โมเลกุลขนส่งที่อำนวยความสะดวกในกระบวนการ บทบาทของโมเลกุลขนถ่ายคือ "หน้ากาก" สารขั้วโลกเพื่อที่จะสามารถผ่านเยื่อหุ้มเซลล์.

มีจุดที่ตัวถูกละลายมีความเข้มข้นเท่ากับทั้งสองด้านของเมมเบรนและการไหลหยุด หากคุณต้องการย้ายโมเลกุลไปในทิศทางใดทิศทางหนึ่งคุณจะต้องฉีดพลังงานเข้าสู่ระบบ.

ในกรณีของโมเลกุลที่มีประจุจะต้องคำนึงถึงการไล่ระดับความเข้มข้นและการไล่ระดับด้วยไฟฟ้า.

เซลล์ลงทุนพลังงานจำนวนมากในการทำให้การไล่ระดับสีเหล่านี้อยู่ห่างจากสมดุลเนื่องจากการมีอยู่ของการขนส่งที่ใช้งานอยู่ซึ่งใช้ ATP ในการย้ายอนุภาคไปยังพื้นที่ที่มีความเข้มข้นสูง.

ลักษณะของปั๊มโซเดียมโปแตสเซียม

ภายในเซลล์ความเข้มข้นของโพแทสเซียมจะสูงกว่าประมาณ 10 ถึง 20 เท่าเมื่อเทียบกับภายนอกเซลล์ ในทำนองเดียวกันความเข้มข้นของโซเดียมไอออนจะสูงกว่านอกเซลล์มาก.

กลไกที่รับผิดชอบในการรักษาความเข้มข้นของการไล่ระดับสีเหล่านี้คือปั๊มโซเดียมโปแตสเซียมซึ่งเกิดจากเอนไซม์ที่ยึดกับเมมเบรนพลาสม่าในเซลล์สัตว์.

มันเป็นชนิดของ Antiport เนื่องจากมันแลกเปลี่ยนโมเลกุลชนิดหนึ่งจากด้านหนึ่งของเยื่อหุ้มเซลล์ไปยังอีกด้านหนึ่ง การขนส่งโซเดียมเกิดขึ้นภายนอกขณะที่โพแทสเซียมเกิดขึ้นภายใน.

สำหรับสัดส่วนนั้นปั๊มจะต้องแลกเปลี่ยนไอออนของโพแทสเซียมสองตัวจากภายนอกโดยโซเดียมไอออนสามตัวจากภายในเซลล์ เมื่อมีการขาดแคลนโพแทสเซียมไอออนการแลกเปลี่ยนโซเดียมไอออนที่ปกติจะเกิดขึ้นไม่สามารถทำได้.

ปั๊มโซเดียมโปแตสเซียมทำงานอย่างไร?

ขั้นตอนแรกคือการตรึงโซเดียมไอออนสามตัวในโปรตีน ATPase การสลายตัวของ ATP ใน ADP และฟอสเฟตเกิดขึ้น ฟอสเฟตที่ปล่อยออกมาในปฏิกิริยานี้มีความสัมพันธ์กับโปรตีนทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างในช่องทางขนส่ง.

ขั้นตอนนี้เรียกว่าฟอสโฟรีเลชั่นของโปรตีน ด้วยการดัดแปลงเหล่านี้โซเดียมไอออนจะถูกขับออกไปด้านนอกเซลล์ ต่อมามีการรวมตัวกันของโพแทสเซียมไอออนทั้งสองจากภายนอก.

ในโปรตีนกลุ่มฟอสเฟตจะไม่ถูกแยกออก (โปรตีนถูกทำให้เสื่อมสภาพ) และโปรตีนกลับคืนสู่โครงสร้างเริ่มต้น ในขั้นตอนนี้ไอออนโพแทสเซียมสามารถเข้าสู่.

ATPase

โครงสร้าง "ปั๊ม" เป็นเอ็นไซม์ของ ATPase ชนิดที่มีไซต์รวมสำหรับโซเดียมไอออนและ ATP บนพื้นผิวที่ใบหน้าไซโตพลาสซึมและในส่วนที่หันด้านนอกของเซลล์เป็นไซต์ของ ผูกพันกับโพแทสเซียม.

ในเซลล์สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมการแลกเปลี่ยน Na + ไอออนของไซโตพลาสซึมโดยไอออน K + นอกเซลล์จะถูกสื่อกลางโดยเอนไซม์ที่ยึดกับเยื่อหุ้มเซลล์ซึ่งเรียกว่า ATPase การแลกเปลี่ยนไอออนแปลเป็นศักยภาพของพังผืด.

เอนไซม์นี้ประกอบด้วยโพลีเปปไทด์เมมเบรนสองตัวที่มีสองหน่วยย่อย: อัลฟา 112 kD และเบต้า 35 kD.

ปั๊มไอออนิก, รีเจนิกและอิเล็กโตรเจน

เนื่องจากการเคลื่อนที่ของไอออนผ่านเยื่อหุ้มไม่เท่ากัน (โพแทสเซียมไอออนสองตัวสำหรับโซเดียมไอออนสามตัว) การเคลื่อนที่สุทธิไปยังภายนอกจะเกี่ยวข้องกับประจุบวกต่อวงจรการสูบ.

เครื่องสูบน้ำเหล่านี้เรียกว่า reogenic เนื่องจากมันเกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ของประจุและก่อให้เกิดกระแสไฟฟ้ากระแสไฟฟ้า ในกรณีที่กระแสสร้างผลกระทบต่อแรงดันเมมเบรนปั๊มจะเรียกว่าอิเลคโตรเจน.

ความเร็วปั๊ม

ภายใต้เงื่อนไขของภาวะปกติปริมาณของไอออนโซเดียมที่ถูกปั๊มไปยังเซลล์ภายนอกเท่ากับจำนวนไอออนที่เข้าสู่เซลล์ดังนั้นการไหลสุทธิของการเคลื่อนที่เท่ากับศูนย์.

ปริมาณของไอออนที่มีอยู่ภายนอกและภายในเซลล์นั้นถูกกำหนดโดยปัจจัยสองประการ: ความเร็วในการเคลื่อนที่ของโซเดียมที่เกิดขึ้นและความเร็วที่มันเข้าสู่อีกครั้งผ่านกระบวนการแพร่.

เหตุผลความเร็วของการเข้าโดยการแพร่จะกำหนดความเร็วที่ปั๊มต้องการเพื่อรักษาความเข้มข้นที่ต้องการในสภาพแวดล้อมภายในและภายนอกเซลล์ เมื่อความเข้มข้นเพิ่มขึ้นปั๊มจะเพิ่มความเร็ว.

จลนพลศาสตร์การขนส่ง

การขนส่งที่ใช้งานอยู่แสดงจลศาสตร์ของ Michaelis-Menten ซึ่งเป็นลักษณะของเอนไซม์จำนวนมาก ในทำนองเดียวกันมันถูกยับยั้งโดยโมเลกุลอะนาล็อก.

หน้าที่และความสำคัญ

ควบคุมปริมาณเซลล์

ปั๊มโซเดียมโพแทสเซียมมีหน้าที่รักษาปริมาณเซลล์ที่เหมาะสม ระบบนี้ส่งเสริมการออกจากโซเดียมไอออน ดังนั้นสภาพแวดล้อมภายนอกเซลล์จะได้รับประจุบวก เนื่องจากประจุมีประจุเป็นตัวดึงดูดไอออนจะรวมตัวกับประจุลบเช่นคลอรีนหรือไบคาร์บอเนตไอออน.

เมื่อมาถึงจุดนี้ของเหลวนอกเซลล์มีจำนวนไอออนที่สำคัญซึ่งสร้างการเคลื่อนที่ของน้ำจากด้านในของเซลล์ไปสู่ภายนอก - โดยออสโมซิส - เพื่อเจือจางตัวละลายเหล่านี้.

ศักยภาพของเมมเบรนที่เหลือ

ปั๊มโซเดียมโปแตสเซียมมีบทบาทในการกระตุ้นประสาท เซลล์ประสาทที่เรียกว่าเซลล์ประสาทมีความกระฉับกระเฉงทางไฟฟ้าและมีความพิเศษสำหรับการเคลื่อนย้ายแรงกระตุ้น ในเซลล์ประสาทคุณสามารถพูดคุยเกี่ยวกับ "ศักยภาพเยื่อหุ้มเซลล์".

ศักยภาพของเมมเบรนเกิดขึ้นเมื่อความเข้มข้นของไอออนิกไม่เท่ากันทั้งสองด้านของเมมเบรน เนื่องจากภายในเซลล์มีโปแตสเซียมจำนวนมากและด้านนอกอุดมไปด้วยโซเดียมจึงมีความเป็นไปได้สูง.

ศักยภาพของเมมเบรนสามารถแยกแยะได้เมื่อเซลล์อยู่นิ่ง (ไม่มีเหตุการณ์ที่ใช้งานหรือหลังเกิด synaptic) เช่นเดียวกับศักยภาพในการกระทำ.

เมื่อเซลล์หยุดพักจะมีการสร้างศักย์ -90 mV และค่านี้จะยังคงอยู่ในปั๊มโซเดียมโพแทสเซียม ในเซลล์ส่วนใหญ่ที่ศึกษาศักยภาพในการพักอยู่ในช่วงระหว่าง -20 mV และ -100 mV.

แรงกระตุ้นประสาท

แรงกระตุ้นทางประสาทนำไปสู่การเปิดช่องโซเดียมทำให้เกิดความไม่สมดุลในเยื่อหุ้มเซลล์และถูกกล่าวว่าเป็น "depolarized" เนื่องจากมีประจุเป็นบวกจึงมีการกลับรายการของโหลดที่ด้านในของเมมเบรน.

เมื่อการบังคับสิ้นสุดลงการเปิดช่องโพแทสเซียมจะเกิดขึ้นเพื่อเติมเต็มประจุภายในเซลล์ ในเวลานี้ปั๊มโซเดียมโปแตสเซียมยังคงความเข้มข้นของไอออนดังกล่าว.

ยับยั้ง

ปั๊มโซเดียมโพแทสเซียมสามารถยับยั้งได้โดยการเต้นของหัวใจ glycoside ouabine เมื่อสารประกอบนี้มาถึงพื้นผิวของเซลล์มันจะแข่งขันกับไซต์ที่จับกับไอออน มันยังถูกยับยั้งโดย glycosides อื่น ๆ เช่นดิจอกซิน.

การอ้างอิง

1. Curtis, H. , & Schnek, A. (2006). ขอเชิญทางชีววิทยา. Ed. Panamericana การแพทย์.
2. ฮิลล์, R.W. , Wyse, G.A. , แอนเดอร์สัน, M. , & Anderson, M. (2004). สรีรวิทยาสัตว์. ผู้ร่วมงาน Sinauer.
3. Randall, D. , Burggren, W. W. , Burggren, W. , ฝรั่งเศส, K. , & Eckert, R. (2002). Eckert สรีรวิทยาสัตว์. Macmillan.
4. Skou, J. C. , & Esmann, M. (1992) na, k-atpase. วารสารพลังงานชีวภาพและไบโอเมมเบรน, 24(3), 249-261.
5. Uribe, R. R. , & Bestene, J. A. พิษวิทยา วิธีปฏิบัติและขั้นตอน แนวทางปฏิบัติทางคลินิก เล่ม 2 ปริมาณ IV. Pontificia Universidad Javeriana.