Kalium natriumpompstructuur, functie, mechanisme, belang

De Kalium natriumbom Het is een eiwitstructuur opgenomen in een bredere set moleculen aanwezig in veel celmembranen, en die verantwoordelijk zijn voor actief transport van ionen of andere kleine moleculen tegen de concentratiegradiënten. Ze gebruiken de energie die wordt afgegeven door ATP -hydrolyse en daarom worden ze generiek Atasas genoemd.

De kaliumnatriumpomp is een Na+/K+Atpay omdat het de energie in het ATP -molecuul vrijgeeft om het natrium in de cel te verplaatsen, en tegelijkertijd kalium introduceert.

Kalium natriumbomschema. Buitenkant en interieur van de cel. (Bron: Miguelferig, via Wikimedia Commons)

In de cel is het natrium minder geconcentreerd (12 mEq/L) dan buiten (142 mEq/L), terwijl kalium meer geconcentreerd is buiten (4 mEq/L) dan binnen (140 meq/l).

Atasas -bommen worden ingedeeld in drie grote groepen:

• Ionische pompen van type F en V: Het zijn vrij complexe structuren, ze kunnen bestaan ​​uit 3 verschillende soorten transmarket -subeenheden en maximaal 5 bijbehorende polypeptiden in cytosol. Ze fungeren als protontransporters.
• ABC Superfamily (van Engels NAARTP-BAansprakelijk CAsset = ATP Union Cassette): geïntegreerd door meer dan 100 eiwitten die kunnen functioneren als ionentransports, monosachariden, polysachariden, polypeptiden en zelfs andere eiwitten.
  
• Ionische pompen van klasse P: Gevormd door ten minste één transmembraal alfa katalytische subeenheid die een vakbondslocatie heeft voor de ATP en een kleine β -subeenheid. Tijdens het transportproces is de α -subeenheid fosforyila en dus zijn naam "P".

De bom kalium natrium (Na+/K+ATPASA) behoort tot de Ionic Pumps -groep van klasse P en werd in 1957 ontdekt door Jens Skou, een Deense onderzoeker, toen hij het werkingsmechanisme van anesthetica bestudeerde in de zenuwen van een krab (Carcinus Maenas); Werk waarvoor de Nobelprijs in de chemie werd toegekend in 1997.

Kalium natriumbom. Nakpompe2.JPG: Phi-Gastrin at Cold.Wikipediaderivative Work: Sonia/CC BY-S (http: // creativeCommons.Org/licenties/by-sa/3.0/)

[TOC]

Kalium natriumpompstructuur

De kaliumnatriumpomp is een enzym dat vanuit het oogpunt van de quaternaire structuur wordt gevormd door 2 Alfa (a) eiwitsubeenheden en twee bèta -type (β).

Het is daarom een ​​α2β2 -type tetrameer, waarvan de subeenheden uitgebreide membraaneiwitten zijn, dat wil zeggen dat ze de lipidebilaag oversteken en zowel intra- als extra cytosolische domeinen hebben.

Alpha- en bèta -subeenheden van de kaliumpomp. Rob Cowie/CC BY-SA (http: // creativeCommons.Org/licenties/by-sa/3.0/)

Alfa -subeenheden

De α -subeenheden zijn die die de vakbondslocaties bevatten voor de ATP en voor de Na+ en K+ -ionen en de katalytische component van het enzym vertegenwoordigen en degene die de functie van bom zelf uitoefent.

De α-subeenheden zijn grote polypeptiden, met een molecuulgewicht van 120 kDa, 10 transmembranale segmenten en met hun N-en C-terminale uiteinden aan de cytosolische kant.

Ze hebben op de intracellulaire zijdebondsplaatsen voor de ATP en voor de Na+, evenals een aspartaatresidu in positie 376 die de plaats vertegenwoordigt die door het fosforyleringsproces wordt geleden tijdens de activering van de pomp.

De bindingsplaats voor de K+ is blijkbaar aan de extracellulaire kant.

Beta -subeenheden

De β -subeenheden lijken geen directe deelname aan de pompfunctie te hebben, maar in hun afwezigheid is de functie niet optreden.

De β -subeenheden hebben een molecuulgewicht van elk ongeveer 55 kDa en zijn glycoproteïnen met een enkel transmarket -domein waarvan glucidafval wordt ingebracht in het extracellulaire gebied.

Kan u van dienst zijn: basaalblad: kenmerken, histologie en functies

Ze lijken nodig te zijn in het endoplasmatische reticulum, waar ze zouden bijdragen aan de juiste vouwing van de a -subeenheden, en vervolgens op het niveau van het membraan, om het complex te stabiliseren.

Beide soorten subeenheden zijn heterogeen en zijn tot nu toe beschreven. De α1 wordt gevonden in de membranen van de meeste cellen, terwijl α2 aanwezig is in spier, hart, vetweefsel en hersenen en α3 in hart en hersenen.

De β1 -isovorm is de meest diffuse verdeling, hoewel deze afwezig is in sommige weefsels zoals vestibulaire cellen van het interne oor en de snelle respons glycolytische spiercellen. De laatste bevat alleen β2.

De verschillende structuren van de subeenheden die de Na+/K+ -pomp in de verschillende weefsels vormen, kunnen specialisaties van een functioneel type gehoorzamen, maar toch opgehelderd.

Kaliumpompfunctie

Voor elk beschouwde tijdstip vormt het plasmamembraan een scheidlimiet tussen het overeenkomstige compartiment tot het binnenste van een cel en degene die de extracellulaire vloeistof vertegenwoordigt waarin het wordt ondergedompeld.

Beide compartimenten hebben een samenstelling die kwalitatief anders kan zijn, omdat er binnen de cellen stoffen zijn die er niet uit zijn en de extracellulaire vloeistof stoffen bevat die niet intracellulair aanwezig zijn.

Stoffen die in beide compartimenten aanwezig zijn, kunnen in verschillende concentraties worden gevonden, en die verschillen kunnen een fysiologische betekenis hebben. Dat is het geval van veel ionen.

Homeostase onderhoud

De Na+/K+ -pomp vervult een fundamentele functie bij het behoud van intracellulaire homeostase door het beheersen van natrium- en kaliumionconcentraties. Dit onderhoud van homeostase bereikt het dankzij:

• Ionentransport: Introduceert natriumionen en expels kaliumionen, proces waardoor het ook de beweging van andere moleculen bevordert via andere transporters die afhankelijk zijn van de elektrische lading of de interne concentratie van deze ionen.
• Celvolumeregeling: De introductie of output van ionen impliceert ook dentre waterbewegingen van de cel, dus de pomp neemt deel aan celvolumeregeling.
• Membraanpotentiaalgeneratie: De verwijdering van 3 natriumionen voor elke 2 geïntroduceerde kaliumionen veroorzaakt het membraan. Dit verschil staat bekend als rustpotentieel.

De Na+ heeft een extracellulaire concentratie van ongeveer 142 mEQ/L, terwijl de intracellulaire concentratie slechts 12 meq/l is; De K+daarentegen is meer geconcentreerd in de cel (140 mEq/L) dan daarbuiten (4 mEq/L).

Hoewel de elektrische lading van deze ionen hun doorgang niet door het membraan toestaat, zijn er ionische kanalen die het toestaan ​​(selectief), die de beweging begunstigen als de krachten die gewoonlijk deze ionen verplaatsen ook aanwezig zijn.

Kan u van dienst zijn: membraanreceptoren: functies, typen, hoe ze werken

Nu zijn deze concentratieverschillen veel belang in de Behoud van homeostase van het organisme en moet worden gehandhaafd in een soort evenwicht dat verloren zou gaan.

Verspreiding en kalium natrium (Bron: Bruceblaus. Bij het gebruik van deze afbeelding in externe bronnen kan het worden aangehaald als: Blausen.Com Staff (2014). "Medical Gallery of Blausen Medical 2014". Wikijournal of Medicine 1 (2). Doi: 10.15347/WJM/2014.010. ISSN 2002-4436.Derivaat door Mikael Häggström/CC door (https: // creativeCommons.Org/licenties/door/3.0) Via Wikimedia Commons)

• Het concentratieverschil voor de Na+ tussen het interieur en de buitenkant van de cel creëert een chemische gradiënt die het natrium naar binnen duwt en dit ion voortdurend binnenkomt en speen om dat verschil te verdrijven, dat wil zeggen om de concentraties aan beide zijden te matchen.
• De kaliumgradiënt wordt in de tegenovergestelde richting gehouden, dat wil zeggen van binnenuit, waardoor de constante output van het ion en zijn interne reductie en externe toename mogelijk is.

De functie van de Na+/K+ -pomp maakt de extractie van het natrium mogelijk dat is ingevoerd door diffusie via kanalen of door andere transportroutes en de herintroductie van het kalium dat naar buiten is verspreid, waardoor het behoud van de intra- en extracellulaire concentraties van deze ionen mogelijk is.

Mechanisme (proces)

Het werkingsmechanisme van de ATPase Na+/K+ bestaat uit een katalytische cyclus die overdrachtsreacties van een fosforyl (PI) groep en conformationele veranderingen van het enzym inhoudt die van een toestand E1 naar een E2 -toestand overgaat en vice -versa.

De bewerking vereist de aanwezigheid van ATP en Na+ in de cel en K+ in de extracellulaire vloeistof.

Unie van natriumionen naar de transporter

De cyclus begint in de staat van conformatie E1 van het enzym, waarin er 3 cytosolische plaatsen van Na+ Union en hoge affiniteit (km van 0,6 mM) zijn die volledig worden bezet omdat de intra -concentratie van het ion (12 mM) het toestaat (12 mM).

ATP -hydrolyse

In deze toestand (E1) en met de Na+ vastgesteld aan zijn vakbondslocaties, is de ATP vastgesteld op zijn plaats in de cytosolische sector van het molecuul, een fosfaatgroep naar het 376 aspartaat wordt overgebracht en overgebracht, waardoor een hoge energie -acilfosfaat wordt gevormd dat induceert dat induceert een conformationele verandering in staat E2.

Verdrijving van 3 natriumionen en introductie van 2 kaliumionen

De conformationele verandering in de E2 -staat houdt in dat de Na+ Union -locaties naar het buitenland gaan, hun affiniteit voor het ion afneemt en wordt vrijgegeven in de extracellulaire vloeistof, terwijl tegelijkertijd de affiniteit van de vakbondslocaties met de K+ toeneemt En deze ionen binden aan de pomp.

Tijdens de staat E2 worden de ionen van Na+ vrijgegeven aan de andere kant van het membraan. Op zijn beurt genereert deze nieuwe staat van de pomp affiniteit voor de unie van kionen+

Omkering van E2 naar E1

Zodra de Na+ is vrijgegeven en de K+ verenigd is, wordt de hydrolyse van het aspartyle -fosfaat geproduceerd en wordt de conformationele verandering van de E2 -toestand in de staat E1 omgekeerd, met de herintroductie van de vakbondslocaties voor de lege Na+ en die van K+ bezet.

Wanneer deze verandering optreedt, herstellen de locaties voor de Na+ hun affiniteit en die van K+ verliezen deze, waarmee de K+ in de cel wordt vrijgegeven.

Belang

Bij het handhaven van cel osmolariteit

De Na+/K+ bom is in de meeste, zo niet in totaal, zoogdiercellen aanwezig, waarin het van algemeen belang is door bij te dragen aan het handhaven van de osmolariteit en dus zijn volume.

Kan u van dienst zijn: peroxidasen: structuur, functies en typen

De continue invoer van natriumionen in de cel is een toename van het intracellulaire aantal osmotisch actieve deeltjes conditioneren, die de toegang van de water induceren en de toename van het volume dat uiteindelijk de breuk van het membraan en de cel ineenstorting zou veroorzaken.

In de vorming van het membraanpotentieel

Aangezien deze pompen slechts 2 k+ introduceren voor elke 3 Na+ die ze afnemen, gedragen ze zich elektrogeen, wat betekent dat ze interne elektrische ladingen "decompenseren", wat de productie van het karakteristieke membraanpotentieel van lichaamscellen bevordert.

Het belang ervan is ook duidelijk in relatie tot de cellen die de exciteerbare weefsels vormen, waarin de actiepotentialen worden gekenmerkt door de invoer van het Na+-ion, dat de cel depolariseert, en de output van K+, die het repolariseert.

Deze ionische bewegingen zijn mogelijk dankzij de werking van Na+/K+-pompen, die bijdragen aan de productie van chemische gradiënten die de betrokken ionen verplaatsen.

Zonder deze pompen, die in de tegenovergestelde richting werken, zouden de concentratiegradiënten van deze ionen verdwijnen en zou de exciterende activiteit verdwijnen.

In de nierfunctie

Een ander aspect dat het extreme belang van natriumpotassiumbommen benadrukt, is in relatie tot de nierfunctie, wat niet onmogelijk zou zijn.

De nierfunctie impliceert de dagelijkse filtratie van min of meer 180 liter plasma en grote hoeveelheden stoffen, waarvan sommige moeten worden uitgescheiden, maar velen moeten opnieuw worden geabsorbeerd zodat ze niet verloren gaan in de urine.

De resorptie van natrium, water en veel van de gefilterde stoffen hangt af van deze pompen, die zich in het basolaterale membraan van de cellen bevinden die de epitheel vormen van de verschillende buisvormige segmenten van de niernefronen.

De epitheelcellen die de nierbuisjes up -holten, hebben een gezicht dat in contact staat met het licht van de buis en dat het apicale gezicht wordt genoemd, en een andere die in contact staat met het interstitium rond de buis en basolateraal genoemd.

Het water en de stoffen die opnieuw worden gereserveerd, moeten eerst door het apicale en vervolgens naar het interstitium door de basolaterale in het binnenste van de cel gaan en vervolgens naar het interstitium.

De reabsorptie van Na+ is de sleutel, zowel in relatie tot hem, als in relatie tot die van water en die van andere stoffen die afhankelijk zijn van de zijne. De apicale invoer van Na+ De cel vereist dat er een gradiënt is die deze verplaatst en dat een zeer lage concentratie van het ion in de cel impliceert.

Deze lage intracellulaire concentratie van Na+ wordt geproduceerd door natriumpompen uit het basolaterale membraan die intens werken om het ion uit de cellen naar het interstitium te verwijderen.

Referenties

1. Ganong WF: De algemene en cellulaire basis van medische fysiologie, in: Overzicht van medische fysiologie, 25e ed. New York, McGraw-Hill Education, 2016.
2. Guyton AC, Hall JI: Substance transport over het celmembraan, in: Leerboek van medische fysiologie, 13e ed, AC Guyton, JE Hall (eds). Philadelphia, Elsevier Inc., 2016.
3. Lodish H, Berk A, Zipursky SL, Matsudaira P, Baltimore D, Darnell J: Transport over de cellenmembranen, in: Molecular and Cell Biology, 4e ed.
4. Nelson, D. L., Lehninger, een. L., & Cox, m. M. (2008). Lehninger -principes van biochemie. Macmillan.
5. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, a. D., Lewis, J., Raff, m.,… & Walter, p. (2013). Essentiële celbiologie. Slingerwetenschap.