Chức năng, chức năng và tầm quan trọng của máy bơm kali



các bơm natri natri là một cơ chế vận chuyển tế bào tích cực giúp di chuyển các ion natri (Na+) từ bên trong tế bào ra bên ngoài và ion kali (K+) theo hướng ngược lại. Bơm có nhiệm vụ duy trì độ dốc nồng độ đặc trưng của cả hai ion.

Sự vận chuyển ion này xảy ra chống lại gradient nồng độ bình thường, bởi vì khi một ion rất tập trung trong tế bào, nó có xu hướng rời khỏi nó để phù hợp với nồng độ với bên ngoài. Bơm kali natri phá vỡ nguyên tắc này và để làm được điều đó đòi hỏi năng lượng dưới dạng ATP.

Trong thực tế, máy bơm này là một ví dụ mẫu về vận chuyển tế bào đang hoạt động. Bơm được hình thành bởi một phức hợp có tính chất enzyme thực hiện các chuyển động của các ion bên trong và bên ngoài tế bào. Nó có mặt trong tất cả các màng của tế bào động vật, mặc dù nó có nhiều ở một số loại nhất định, chẳng hạn như tế bào thần kinh và tế bào cơ.

Các ion natri và kali rất quan trọng đối với các chức năng sinh học khác nhau, chẳng hạn như duy trì và điều chỉnh thể tích tế bào, truyền xung thần kinh, tạo ra các cơn co thắt cơ bắp, trong số những người khác..

Chỉ số

  • 1 hoạt động
    • 1.1 Nguyên tắc cơ bản của vận chuyển tế bào
    • 1.2 Vận chuyển chủ động và thụ động
    • 1.3 Đặc điểm của bơm kali natri
    • 1.4 Cách thức hoạt động của bơm kali natri?
    • 1.5 ATPase
    • 1.6 Bơm ion Regenic và Electrogenic
    • 1.7 Tốc độ bơm
    • 1.8 Động học vận chuyển
  • 2 chức năng và tầm quan trọng
    • 2.1 Điều khiển âm lượng tế bào
    • 2.2 Tiềm năng màng nghỉ ngơi
    • 2.3 Các xung động thần kinh
  • 3 chất ức chế
  • 4 tài liệu tham khảo

Hoạt động

Nguyên tắc cơ bản của vận chuyển tế bào

Trước khi tìm hiểu sâu về hoạt động của bơm natri-kali, cần phải hiểu và xác định các thuật ngữ được sử dụng nhiều nhất trong điều kiện vận chuyển tế bào.

Các tế bào là trong một trao đổi liên tục của vật liệu với môi trường bên ngoài của họ. Sự chuyển động này xảy ra nhờ sự hiện diện của màng lipid bán định cho phép các phân tử đi vào và thoát ra một cách thuận tiện cho tế bào; các màng là các thực thể chọn lọc cao.

Biomembranes không chỉ bao gồm lipid; họ cũng có một loạt các protein liên kết với chúng có thể vượt qua chúng hoặc neo vào chúng bằng các tuyến khác.

Với hành vi cực của bên trong màng, sự xâm nhập của các chất phân cực bị tổn hại. Tuy nhiên, sự dịch chuyển của các phân tử cực là cần thiết để tuân thủ các quy trình khác nhau; do đó tế bào phải có cơ chế cho phép vận chuyển các phân tử phân cực này.

Sự đi qua của các phân tử qua màng có thể được giải thích bằng các nguyên tắc vật lý. Khuếch tán là sự di chuyển ngẫu nhiên của các phân tử từ khu vực có nồng độ cao đến khu vực có nồng độ thấp hơn.

Ngoài ra, sự chuyển động của nước qua màng bán kết được giải thích bằng thẩm thấu, một quá trình trong đó dòng chảy của nước sẽ xảy ra khi có nồng độ chất hòa tan cao hơn..

Vận chuyển chủ động và thụ động

Tùy thuộc vào việc sử dụng hay không sử dụng năng lượng, vận chuyển qua màng được phân loại là thụ động và chủ động. 

Khi một chất tan được vận chuyển một cách thụ động, nó chỉ có lợi cho gradient nồng độ, theo nguyên tắc khuếch tán đơn giản.

Nó có thể làm điều đó thông qua màng, thông qua các kênh nước hoặc sử dụng một phân tử vận ​​chuyển tạo điều kiện cho quá trình. Vai trò của phân tử vận ​​chuyển là "che dấu" một chất cực để nó có thể đi qua màng.

Có một điểm mà tại đó các chất hòa tan đã đánh đồng nồng độ của chúng ở cả hai phía của màng và dòng chảy dừng lại. Nếu bạn muốn di chuyển phân tử theo một hướng nào đó, bạn sẽ cần bơm năng lượng vào hệ thống.

Trong trường hợp các phân tử tích điện, phải tính đến gradient nồng độ và gradient điện.

Tế bào đầu tư rất nhiều năng lượng để giữ cho các gradient này tránh khỏi trạng thái cân bằng, nhờ sự tồn tại của vận chuyển tích cực sử dụng ATP để di chuyển một hạt đến các khu vực có nồng độ cao.

Đặc điểm của bơm kali natri

Bên trong các tế bào, nồng độ kali cao hơn khoảng 10 đến 20 lần so với bên ngoài tế bào. Theo cách tương tự, nồng độ của các ion natri cao hơn nhiều so với tế bào.

Cơ chế chịu trách nhiệm duy trì các nồng độ gradient này là bơm kali natri, được hình thành bởi một enzyme neo vào màng plasma trong tế bào động vật..

Nó thuộc loại phản đối, vì nó trao đổi một loại phân tử từ một bên của màng cho một bên khác. Vận chuyển natri xảy ra bên ngoài, trong khi vận chuyển kali xảy ra bên trong.

Đối với tỷ lệ, máy bơm đòi hỏi sự trao đổi bắt buộc của hai ion kali từ bên ngoài bởi ba ion natri từ bên trong tế bào. Khi thiếu ion kali, việc trao đổi ion natri thường xảy ra không thể được thực hiện.

Máy bơm kali natri hoạt động như thế nào?

Bước đầu tiên là cố định ba ion natri trong protein ATPase. Sự phân hủy ATP trong ADP và phốt phát xảy ra; Phosphate được giải phóng trong phản ứng này có liên quan đến protein, tạo ra sự thay đổi về hình dạng trong các kênh vận chuyển.

Bước này được gọi là sự phosphoryl hóa protein. Với những sửa đổi này, các ion natri được trục xuất ra bên ngoài tế bào. Sau đó, sự kết hợp của hai ion kali từ bên ngoài xảy ra.

Trong protein, các nhóm phosphate được tách rời (protein bị khử phospho hóa) và protein trở lại cấu trúc ban đầu. Ở giai đoạn này, các ion kali có thể xâm nhập.

ATPase

Về mặt cấu trúc, "bơm" là một loại enzyme ATPase có các vị trí liên kết của các ion natri và ATP trên bề mặt phải đối mặt với tế bào chất, và trong phần phải đối mặt với bên ngoài tế bào là các vị trí của liên kết với kali.

Trong các tế bào động vật có vú, sự trao đổi các ion Na + tế bào chất bằng các ion K + ngoại bào được trung gian bởi một enzyme neo vào màng, được gọi là ATPase. Sự trao đổi các ion chuyển thành một tiềm năng màng.

Enzyme này bao gồm hai polypeptide màng với hai tiểu đơn vị: alpha 112 kD và beta 35 kD.

Bơm ion, regenic và electrogenic

Vì sự chuyển động của các ion qua màng là không đồng đều (hai ion kali cho ba ion natri), chuyển động ròng ra bên ngoài liên quan đến một điện tích dương trên mỗi chu kỳ bơm.

Những máy bơm này được gọi là tái tạo, vì chúng liên quan đến sự dịch chuyển ròng của điện tích và tạo ra dòng điện xuyên màng. Trong trường hợp dòng điện tạo ra ảnh hưởng đến điện thế màng, bơm được gọi là điện di.

Tốc độ bơm

Trong điều kiện bình thường, lượng ion natri được bơm ra bên ngoài tế bào bằng với số lượng ion đi vào tế bào, do đó lưu lượng ròng của chuyển động bằng không.

Lượng ion tồn tại bên ngoài và bên trong tế bào được xác định bởi hai yếu tố: tốc độ vận chuyển natri hoạt động xảy ra và tốc độ xâm nhập trở lại qua các quá trình khuếch tán.

Theo logic, tốc độ ra vào bằng khuếch tán xác định tốc độ cần thiết của máy bơm để duy trì nồng độ cần thiết trong môi trường bên trong và ngoại bào. Khi nồng độ tăng, bơm tăng tốc.

Động học vận tải

Vận chuyển tích cực thể hiện động học Michaelis-Menten, đặc trưng của một số lượng đáng kể các enzyme. Tương tự như vậy, nó bị ức chế bởi các phân tử tương tự.

Chức năng và tầm quan trọng

Kiểm soát khối lượng tế bào

Bơm kali natri chịu trách nhiệm duy trì một khối lượng tế bào tối ưu. Hệ thống này thúc đẩy sự thoát ra của các ion natri; do đó, môi trường ngoại bào thu được các điện tích dương. Do sự hấp dẫn của các điện tích, các ion tích lũy với các điện tích âm, chẳng hạn như các ion clo hoặc bicarbonate.

Tại thời điểm này, dịch ngoại bào có một lượng ion đáng kể, tạo ra sự di chuyển của nước từ bên trong tế bào ra bên ngoài - bằng thẩm thấu - để pha loãng các chất hòa tan này.

Tiềm năng màng nghỉ ngơi

Bơm kali natri được biết đến với vai trò của nó trong xung thần kinh. Các tế bào thần kinh, được gọi là tế bào thần kinh, hoạt động bằng điện và chuyên biệt để vận chuyển xung. Trong tế bào thần kinh, bạn có thể nói về một "tiềm năng màng".

Một tiềm năng màng xảy ra khi có sự bất bình đẳng về nồng độ ion ở cả hai phía của màng. Vì bên trong tế bào có một lượng lớn kali và bên ngoài rất giàu natri, có tiềm năng cho biết.

Điện thế màng có thể được phân biệt khi tế bào ở trạng thái nghỉ (không có sự kiện hoạt động hoặc sau synap), cũng như tiềm năng hoạt động.

Khi tế bào ở trạng thái nghỉ, điện thế -90 mV được thiết lập và giá trị này được duy trì chủ yếu bằng bơm kali natri. Trong phần lớn các tế bào được nghiên cứu, tiềm năng nghỉ ngơi nằm trong khoảng từ -20 mV đến -100 mV.

Thần kinh

Sự thúc đẩy thần kinh dẫn đến việc mở các kênh natri, tạo ra sự mất cân bằng trong màng và được cho là "khử cực". Vì nó có điện tích dương, sự đảo ngược của tải xảy ra ở phía bên trong của màng.

Khi áp đặt kết thúc, việc mở các kênh kali xảy ra để bổ sung các điện tích bên trong tế bào. Tại thời điểm này, bơm kali natri giữ cho nồng độ của các ion nói trên không đổi.

Các chất ức chế

Bơm natri natri có thể bị ức chế bởi ouabine glycoside tim. Khi hợp chất này đến bề mặt của tế bào, nó cạnh tranh cho các vị trí liên kết của các ion. Nó cũng bị ức chế bởi các glycoside khác như digoxin.

Tài liệu tham khảo

  1. Curtis, H., & Schnek, A. (2006). Mời sinh học. Ed. Panamericana Y tế.
  2. Hill, R.W., Wyse, G.A., Anderson, M., & Anderson, M. (2004). Sinh lý động vật. Cộng sự.
  3. Randall, D., Burggren, W. W., Burggren, W., tiếng Pháp, K., & Eckert, R. (2002). Sinh lý động vật Eckert. Máy xay sinh tố.
  4. Skou, J. C., & Esmann, M. (1992). Các na, k-atpase. Tạp chí năng lượng sinh học và sinh khối, 24(3), 249-261.
  5. Uribe, R. R., & Bestene, J. A. Chất độc. Thực tiễn & thủ tục. Hướng dẫn thực hành lâm sàng Tập 2, tập IV. Pontificia Đại học Javeriana.