Elektryczna pompa potasowo-sodowa na człowieku. Transport aktywny. Pompa sodowo-potasowa. Zachowanie jonów potasu i sodu

Jest to specjalne białko, które przenika przez całą grubość błony, które stale pompuje do komórki jony potasu, jednocześnie wypompowując z niej jony sodu; w tym przypadku ruch obu jonów następuje wbrew gradientom ich stężeń. Funkcje te są możliwe dzięki dwóm ważnym właściwościom tego białka. Po pierwsze, kształt cząsteczki transportera może się zmienić. Zmiany te zachodzą na skutek dodania grupy fosforanowej do cząsteczki nośnika na skutek energii uwolnionej podczas hydrolizy ATP (tj. rozkładu ATP do ADP i reszty kwasu fosforowego). Po drugie, samo to białko działa jako ATPaza (tj. enzym hydrolizujący ATP). Ponieważ białko to transportuje sód i potas, a ponadto ma aktywność ATPazy, nazywa się je „ATPazą sodowo-potasową”.

W uproszczeniu działanie pompy sodowo-potasowej można przedstawić następująco.

1. Z wnętrza błony jony ATP i sodu dostają się do cząsteczki białka nośnikowego, a jony potasu z zewnątrz.

2. Cząsteczka transportera hydrolizuje jedną cząsteczkę ATP.

3. Przy udziale trzech jonów sodu, pod wpływem energii ATP, do nośnika dodaje się resztę kwasu fosforowego (fosforylacja nośnika); same te trzy jony sodu również przyłączają się do transportera.

4. W wyniku dodania reszty kwasu fosforowego następuje taka zmiana kształtu cząsteczki nośnika (konformacja), że jony sodu trafiają po drugiej stronie membrany, już na zewnątrz komórki.

5. Do środowiska zewnętrznego uwalniane są trzy jony sodu, a zamiast nich do fosforylowanego transportera wiążą się dwa jony potasu.

6. Dodatek dwóch jonów potasu powoduje defosforylację transportera – uwolnienie do nich reszty kwasu fosforowego.

7. Defosforylacja z kolei powoduje, że nośnik dopasowuje się tak, że jony potasu trafiają na drugą stronę membrany, do wnętrza komórki.

8. Wewnątrz komórki uwalniane są jony potasu i cały proces się powtarza.

O znaczeniu pompy sodowo-potasowej dla życia każdej komórki i organizmu jako całości decyduje fakt, że ciągłe wypompowywanie sodu z komórki i wstrzykiwanie do niej potasu jest niezbędne do realizacji wielu ważnych funkcji organizmu. Funkcje. ważne procesy: osmoregulacja i zachowanie objętości komórkowej, utrzymanie różnicy potencjałów po obu stronach błony, utrzymanie aktywności elektrycznej w komórkach nerwowych i mięśniowych, do aktywnego transportu innych substancji (cukrów, aminokwasów) przez błony. Duże ilości potasu są również potrzebne do syntezy białek, glikolizy, fotosyntezy i innych procesów. Około jedna trzecia całego ATP zużywanego przez komórkę zwierzęcą w stanie spoczynku jest wydawana właśnie na utrzymanie działania pompy sodowo-potasowej. Jeśli jakiś wpływ zewnętrzny tłumi oddychanie komórkowe, to znaczy zatrzymuje dopływ tlenu i produkcję ATP, wówczas skład jonowy wewnętrznej zawartości komórki zacznie się stopniowo zmieniać. Ostatecznie osiągnie równowagę ze składem jonowym środowiska otaczającego komórkę; w tym przypadku następuje śmierć.

W komórkach zwierzęcych najważniejszym mechanizmem aktywnego transportu jest tzw. pompa sodowo-potasowa, związana z różnicą w gradiencie stężeń jonów K+ i Na+ na zewnątrz i wewnątrz komórki.

Spośród przykładów transportu aktywnego wbrew gradientowi stężeń najlepiej zbadaną jest pompa sodowo-potasowa. Podczas jego działania z ogniwa przenoszone są trzy dodatnie jony Na+ na każde dwa dodatnie jony K do wnętrza ogniwa. Pracy tej towarzyszy kumulacja różnicy potencjałów elektrycznych na membranie. Jednocześnie ATP ulega rozkładowi, dostarczając energii. Przez wiele lat molekularne podłoże pompy sodowo-potasowej pozostawało niejasne. Obecnie ustalono, że ta „maszyna” to nic innego jak enzym rozkładający ATP – ATPazę zależną od sodu i potasu. Enzym ten zwykle zlokalizowany jest w błonach komórkowych i ulega aktywacji, gdy wzrasta stężenie jonów sodu wewnątrz komórki lub jonów potasu w środowisku zewnętrznym. Większość badaczy jest skłonna sądzić, że pompa działa na zasadzie otwierania i zamykania kanałów. Zakłada się, że kanały sodowe i potasowe sąsiadują ze sobą. Wiązanie cząsteczek białek kanałowych z jonem sodu prowadzi do rozerwania układu wiązań wodorowych, co skutkuje zmianą jego kształtu. Zwykła a-helisa, w której na obrót przypada 3,6 reszt aminokwasowych, przekształca się w luźniejszą beta-helisę (4,4 reszt aminokwasowych). W efekcie powstaje wewnętrzna wnęka, która jest wystarczająca dla przejścia jonu Na+, ale zbyt wąska dla jonu potasu. Po przejściu przez Na+, helisa pi przekształca się w ciasno zwiniętą tzw. helisę 3 10 (oznacza to, że na obrót przypada 3 reszty aminokwasowe i wiązanie wodorowe przy co dziesiątym atomie). W tym przypadku kanał sodowy zamyka się, a ściany sąsiedniego kanału potasowego rozsuwają się, tworząc wnękę wystarczająco szeroką, aby umożliwić przejście jonu potasu. Pompa sodowo-potasowa działa na zasadzie pompy perystaltycznej (przypomnijmy o ruchu bolusa pokarmu przez jelita), której działanie opiera się na naprzemiennym ściskaniu i rozszerzaniu elastycznych rurek.

Pompa sodowo-potasowa (lub pompa sodowo-potasowa) jest prawdopodobnie jednym z najczęściej badanych białek, ale nadal sprawia niespodzianki. Niedawno grupa duńskich badaczy zaproponowała model działania tego białka, w którym ważną rolę odgrywają protony cytoplazmatyczne. Wydaje się, że niektóre dziedziczne zaburzenia neurologiczne, takie jak migrena hemiplegiczna, są spowodowane mutacją dokładnie w tym obszarze pompy, w którym wiąże się proton.

Życie powstało w słonym woda morska, a pierwsze ogniwa - maleńkie woreczki ze świeżą zawartością - musiały stale „wypluwać” wnikające do nich jony sodu, aby nie „zasolić”. Dlatego w błonie komórkowej pojawiło się specjalne białko - pompa sodowo-potasowa. To transbłonowe (czyli przenikające przez błonę) białko wypompowuje jony sodu z komórki, a w zamian wpuszcza jony potasu: na każde trzy „wyplute” jony sodu, dwa jony potasu są „połykane” i jedna cząsteczka ATP zepsuty. Komórka nauczyła się wykorzystywać powstałe gradienty chemiczne i elektryczne na swoją korzyść: na przykład do tworzenia potencjału spoczynkowego, symportowania i utrzymywania objętości komórkowej.

Trochę niepokojący jest fakt, że w zamian za trzy jony sodu do komórki dostają się tylko dwa jony potasu. Jeśli pompa ma trzy miejsca wiązania kationów, dokąd trafia jedno z nich, gdy białko transportuje potas? Grupa naukowców z Danii (Duńczycy są powszechnie znani z prac z zakresu biologii pomp jonowych, weźmy na przykład odkrywcę pompy sodowej, Jensa Christiana Skou) próbowała udowodnić, że miejsce trzeciego jonu sodu podczas transfer potasu jest zajmowany przez proton cytoplazmatyczny (czyli jon wodorowy), który następnie, gdy staje się niepotrzebny, wraca z powrotem do cytoplazmy. Ponadto badacze sugerują, że odkryli niezbadaną wcześniej ścieżkę jonów w pompie sodowej, wzdłuż której porusza się ten proton.

Wszystko zaczęło się, gdy podczas badania podjednostki alfa tego białka naukowcy zauważyli, że pomiędzy jej końcem C a przypuszczalnym miejscem wiązania trzeciego jonu sodu znajduje się wnęka wyłożona polarnymi i naładowanymi resztami aminokwasowymi – czyli idealna ścieżka dla jonów. Szczególnie interesujące jest to, że ciężka choroba dziedziczna - migrena hemiplegiczna - jest spowodowana mutacją aminokwasów zlokalizowanych bardzo blisko tej jamy.

Aby dowiedzieć się, do czego służy ta wnęka, naukowcy próbowali ją „zepsuć” (zastępując niektóre aminokwasy ją tworzące innymi) i sprawdzić, jakie problemy stwarzałoby zmutowane białko. Najpierw okazało się, że zmutowana pompa znacząco straciła swoje powinowactwo do sodu. Ale dodatkowo okazało się, że w pewnych warunkach (przy podwyższonym potencjale błonowym) „wypluwa” sód znacznie łatwiej niż niezmutowane białko. Może to oznaczać, że mutacja w tej części pompy ułatwia pewien proces związany z uwalnianiem sodu.

Naukowcy przeprowadzili szereg innych eksperymentów i doszli do wniosku, że tym tajemniczym procesem jest uwolnienie końca C: niczym korek oddala się od głównej części białka, otwiera kanał jonowy i wpuszcza cząsteczki wody , które protonują resztę asparaginianową zlokalizowaną w głębinach (D930). Następnie sód opuszcza pompę i przedostaje się do przestrzeni zewnątrzkomórkowej. Wszystko to pozwoliło naukowcom stworzyć ulepszony model pompy sodowej.

Najwyraźniej tak to działa. Załóżmy najpierw, że trzy jony sodu „siedzą” w pompie w swoich miejscach wiązania, a jeden proton na reszcie glutaminianowej. Jony sodu mogą wydostać się do przestrzeni zewnątrzkomórkowej dopiero wtedy, gdy C-koniec białka zmieni swoje położenie i przestanie zatykać kanał jonowy, a przez ten kanał przepływa woda, która protonuje resztę asparaginianową (gdzie znajduje się miejsce wiązania sodu). Kiedy jony sodu przedostają się do przestrzeni zewnątrzkomórkowej, są zastępowane jonami potasu. Proton, który był na glutaminianie, przechodzi do asparaginianu, a ten, który był na asparaginianie, opuszcza białko przez otwarty kanał jonowy. Jony potasu dostają się do przestrzeni wewnątrzkomórkowej jednym kanałem, a proton znajdujący się na asparaginianie drugim. Jony potasu zastępuje się jonami sodu. Proton „siada” na reszcie glutaminianu i cykl się powtarza.

Występuje w prawie wszystkich komórkach człowieka, a także w komórkach innych organizmów. Głównym celem jest utrzymanie potencjału komórkowego i regulacja objętości komórkowej.

Zasada działania

Schemat działania

Początkowo ten transporter antyportowy przyłącza trzy jony Na+ do wewnętrznej strony membrany. Jony te zmieniają konformację miejsca aktywnego ATPazy. Po takiej aktywacji ATPaza jest w stanie hydrolizować jedną cząsteczkę ATP, a jon fosforanowy zostaje utrwalony na powierzchni transportera po wewnętrznej stronie membrany. Uwolniona energia jest zużywana na zmianę konformacji ATPazy, po czym trzy jony Na + i jon 3-(fosforanowy) PO 4 trafiają na zewnątrz membrany. Tutaj jony Na + są oddzielane, a PO 4 3- są zastępowane dwoma jonami K +. Następnie konformacja nośnika zmienia się na pierwotną, a jony K+ trafiają na wewnętrzną stronę membrany. Tutaj jony K+ zostają oddzielone i nośnik jest ponownie gotowy do pracy.

W skrócie działanie ATPazy można opisać w następujący sposób:

• 1) „Pobiera” z wnętrza komórki trzy jony Na +, następnie rozszczepia cząsteczkę ATP i dodaje do siebie fosforan
• 2) „Wyrzuca” jony Na+ i przyłącza dwa jony K+ ze środowiska zewnętrznego.
• 3) Rozłącza fosforany, uwalniając dwa jony K+ do komórki

W rezultacie w środowisku zewnątrzkomórkowym powstaje wysokie stężenie jonów Na+, a wewnątrz komórki powstaje wysokie stężenie K+. Działanie Na+,K+-ATPazy powoduje nie tylko różnicę stężeń, ale także różnicę ładunków (działa jak pompa elektrogeniczna). Na zewnątrz membrany powstaje ładunek dodatni, a wewnątrz ładunek ujemny.

Fabuła

Zobacz też

Fundacja Wikimedia. 2010.

Zobacz, co oznacza „pompa sodowo-potasowa” w innych słownikach:

Pompa sodowo-potasowa- - ruch jonów sodu i potasu przez błonę do i z cytoplazmy; W płynie zewnątrzkomórkowym znajduje się 8-10 razy więcej jonów sodu niż w komórce, w komórce jest więcej jonów K niż na zewnątrz błony... Słowniczek terminów z zakresu fizjologii zwierząt gospodarskich

11 Neon ← Sód → Magnez… Wikipedia

Sód/sód (Na) Liczba atomowa 11 Wygląd prosta substancja srebrno-biały miękki metal Właściwości atomu Masa atomowa (masa cząsteczkowa) 22,989768 a. e.m. (...Wikipedia

Transport membranowy to transport substancji przez błonę komórkową do lub z komórki, realizowany z wykorzystaniem różnych mechanizmów dyfuzji prostej, dyfuzji ułatwionej i transportu aktywnego. Najważniejsza właściwość biologii... ...Wikipedia

Trzeci okres układu okresowego obejmuje elementy trzeciego rzędu (lub trzeciego okresu) układu okresowego pierwiastki chemiczne. Struktura układu okresowego opiera się na wierszach, aby zilustrować powtarzające się (okresowe) trendy... Wikipedia

KANAŁY JONOWE, duże cząsteczki białek i struktury supramolekularne o charakterze lipoprotein, wbudowane w błony komórki i jej organelli (patrz Błony biologiczne (patrz BŁONY BIOLOGICZNE)). Zapewnij selektywne przejście jonów... ... słownik encyklopedyczny

CHLOREK SODU- Chlorek sodu. Synonimy: chlorek sodu, sól kuchenna. Nieruchomości. Białe sześcienne kryształy lub biały krystaliczny proszek, bezwonny, słony smak, rozpuszczalny w trzech częściach wody (rozpuszczalność w 20°C 36,0; w 100°C 39,1), lekko... Krajowe leki weterynaryjne

Metoda lokalnego zaciskania potencjału, patch-clamp (angielski: fragment patcha, zacisk tutaj to fiksacja) to elektrofizjologiczna technika badania właściwości kanałów jonowych, która polega na izolowaniu fragmentu błony komórkowej ... Wikipedia

Metoda lokalnego mocowania potencjału, patch-clamp (angielski fragment patcha, tutaj klamra) to elektrofizjologiczna technika badania właściwości kanałów jonowych, polegająca na tym, że fragment błony komórkowej izoluje się za pomocą... ... Wikipedia

Pompa sodowa („Pompa sodowa”)

„pompa sodowo-potasowa” (biochemiczna), mechanizm membranowy utrzymujący określony stosunek jonów Na+ i K+ w komórce poprzez ich aktywny transport wbrew gradientom elektrochemicznym i stężeniowym. Komórki większości tkanek zawierają więcej jonów K+ niż Na+, natomiast w płynie je płuczącym (krew, limfa, płyn międzykomórkowy) stężenie Na+ jest znacznie wyższe. Pewna liczba jonów stale wchodzi i opuszcza komórki. Pasywny transport kationów (ruch jonów przez membranę poprzez system specjalnych kanałów wzdłuż gradientów elektrochemicznych i stężeń) jest zwykle kompensowany przez aktywny transport jonów (patrz Aktywny transport jonów). Funkcjonowanie „N. N." związany z przenoszeniem metabolitów do komórek, a w przypadku włókien nerwowych i mięśniowych także z mechanizmem wzbudzenia (patrz Wzbudzenie) (patrz Błonowa teoria wzbudzenia). Aktywny transfer Na + z komórki jest połączony z transportem K + do odwrotny kierunek i odbywa się za pomocą specjalnego układu enzymatycznego – transportu Na, K – stymulowanego przez trifosfatazę adenozyny, zlokalizowaną w błonie komórkowej. Ten ostatni, hydrolizując kwas adenozynotrifosforowy (ATP), uwalnia energię, która jest zużywana na aktywny transfer kationów. Praca „N. N." ogólnie zależy od poziomu metabolizmu komórkowego. Zobacz także Potencjały bioelektryczne, Przepuszczalność błon biologicznych.

R. N. Glebov.

Wielka encyklopedia radziecka. - M .: Encyklopedia radziecka. 1969-1978 .

Zobacz, co oznacza „pompa sodowa” w innych słownikach:

pompa sodowa obwodu pierwotnego reaktora jądrowego z chłodziwem sodowym- - [A.S. Goldberg. Angielsko-rosyjski słownik energii. 2006] Ogólne tematy dotyczące energii EN pierwotna pompa sodowa ... Przewodnik tłumacza technicznego

Najważniejsze sparowane narządy wydalnicze kręgowców i człowieka, biorące udział w homeostazie wodno-solnej, tj. w utrzymaniu stałego stężenia substancji osmotycznie czynnych w płynach wewnętrznych (patrz Osmoregulacja), ... ...

- (renes) sparowany narząd wydalniczy i hormonalny, który reguluje homeostazę chemiczną organizmu poprzez funkcję tworzenia moczu. ANATOMICZNY SZKIC FIZJOLOGICZNY Nerki położone są w przestrzeni zaotrzewnowej (Przestrzeń zaotrzewnowa) na... ... Encyklopedia medyczna

- (biologiczny) ruch jonów (sodu, potasu, magnezu, wapnia itp.) w żywych układach przez różne błony komórkowe (na przykład komórki nerwowe i mięśniowe, erytrocyty itp.) wbrew dowolnemu gradientowi stężeń, ... ... Wielka encyklopedia radziecka

Potencjały elektryczne powstające w tkankach i poszczególnych komórkach ludzi, zwierząt i roślin są najważniejszymi składnikami procesów wzbudzenia (patrz Wzbudzenie) i hamowania (patrz Hamowanie). Badanie B. p. ma bardzo ważne Dla… … Wielka encyklopedia radziecka

- (biologiczna) reakcja żywej komórki na podrażnienie, rozwinięta w procesie ewolucji. W przypadku V. żywy system przechodzi ze stanu względnego fizjologicznego odpoczynku do aktywności (na przykład skurcz włókna mięśniowego, wydzielanie ... ... Wielka encyklopedia radziecka

- (biologiczna) redukcja różnicy potencjałów występującej w spoczynku (tzw. potencjał spoczynkowy) pomiędzy wewnętrzną i zewnętrzną stroną błony żywej komórki. W komórkach nerwowych i ich procesach, a także we włóknach mięśniowych D. jest jednym z... ... Wielka encyklopedia radziecka

Teoria pobudzenia komórek mięśniowych i nerwowych ogólnie przyjęta w fizjologii. Na podstawie M.t.v. pogląd, że podrażnienie pobudliwej komórki powoduje molekularne przegrupowanie w jej błonie powierzchniowej, co prowadzi do... ... Wielka encyklopedia radziecka

Skrócenie mięśnia, w wyniku którego wytwarza on pracę mechaniczną. SM. zapewnia zdolność zwierząt i ludzi do dobrowolnych ruchów. Najważniejszy składnik tkanki mięśniowej (patrz tkanka mięśniowa) białka (16,5... ... Wielka encyklopedia radziecka

- (Polaryzacja francuska, najpierw