Struktura kalijeve natrijeve črpalke, funkcija, mehanizem, pomen

The Kalijeva natrijeva bomba Gre za beljakovinsko strukturo, ki je vključena v širši nabor molekul, prisotnih v številnih celičnih membranah, in ki so odgovorni za aktivni transport ionov ali drugih majhnih molekul glede na njegove koncentracijske gradiente. Uporabljajo energijo, ki jo sprošča hidroliza ATP, in zato jih splošno imenujejo Atasas.

Kalijeva natrijeva črpalka je ATPay Na+/K+, ker sprošča energijo, ki jo vsebuje molekula ATP, da se natrij premika znotraj celice, hkrati pa vstavi kalij.

Shema kalijeve natrijeve bombe. Zunanjost in notranjost celice. (Vir: Miguelferig, prek Wikimedia Commons)

Znotraj celice je natrij manj koncentriran (12 meq/L) kot zunaj (142 meq/L), kalij pa je bolj koncentriran zunaj (4 meq/L) kot znotraj (140 meq/L).

Bombe Atasas so razvrščene v tri velike skupine:

• Ionske črpalke tipa F in V: So precej zapletene strukture, sestavljajo jih lahko iz treh različnih vrst transmarket podenot in do 5 povezanih polipeptidov v citosolu. Delujejo kot protonski prevozniki.
• ABC Superfamily (iz angleščine DoTp-BInding CAssette = Kaseta ATP Union): Vgrajeno z več kot 100 beljakovinami, ki lahko delujejo kot ionski transporterji, monosaharidi, polisaharidi, polipeptidi in celo drugi proteini.
  
• Ionske črpalke razreda P: Oblikovana z vsaj ena katalitična podenota Transmembraal Alpha, ki ima sindikalno mesto za ATP in manjšo β podenoto. Med prevoznim postopkom je α podenota fosforila in zato je ime "P".

Bomba kalijevega natrija (Na+/K+ATPASA) spada v skupino Ionskih črpalk razreda P, leta 1957 pa jo je odkril danski raziskovalec Jens Skou, ko je preučil mehanizem delovanja anestetikov v živcih rakov (Carcinus maenas); delo, za katero je bila leta 1997 podeljena Nobelova nagrada za kemijo.

Kalijeva natrijeva bomba. Nakpompe2.JPG: Phi-gastrein pri mrazu.Wikipediaderivativno delo: Sonia/CC by-S (http: // createCommons.Org/licence/by-sa/3.0/)

[TOC]

Struktura kalijeve natrijeve črpalke

Kalijeva natrijeva črpalka je encim, ki z vidika njegove kvartarne strukture tvori 2 alfa (α) beljakovinske podenote in dve beta tipi (β).

Zato je tetramer tipa α2β2, katerega podenote so celoviti membranski beljakovine, to je, da prečkajo lipidni dvoplast in imajo tako intra kot dodatne citosolne domene.

Alfa in beta podenote kalijeve črpalke. Rob Cowie/CC BY-SA (http: // creativeCommons.Org/licence/by-sa/3.0/)

Alfa podejo

Α podenote so tiste, ki vsebujejo sindikalna mesta za ATP in za ione Na+ in K+ ter predstavljajo katalitično komponento encima in tisto, ki izvaja funkcijo same bombe.

Α podenote so polipeptidi velike velikosti, z molekulsko maso 120 kDa, 10 transmembranalnih segmentov in z njihovimi N-in C-terminalnimi konci, ki se nahajajo na citosolni strani.

Imajo na medceličnih stranskih mestih za ATP in za Na+, pa tudi aspartatni ostanek v položaju 376, ki predstavlja mesto, ki ga je utrpel postopek fosforilacije med aktiviranjem črpalke.

Mesto vezave za K+ je očitno na zunajcelični strani.

Beta podenote

Zdi se, da β podenote nimajo neposredne udeležbe v funkciji črpanja, vendar v njihovi odsotnosti omenjena funkcija ne pride.

Β podenote imajo molekulsko maso približno 55 kDa in so glikoproteini z eno samo transmaristo domeno, katere glucidni odpadki so vstavljeni v zunajcelično območje.

Vam lahko služi: bazalni list: značilnosti, histologija in funkcije

Zdi se, da so potrebni v endoplazemskem retikulumu, kjer bi prispevali k pravilnemu zlaganju α podenot, nato pa na ravni membrane za stabilizacijo kompleksa.

Obe vrsti podenot sta heterogeni in so bili opisani doslej α1, α2 in α3 izoformi za UNA ter β1, β2 in β3 za drugo. Α1 najdemo v membranah večine celic, medtem ko je α2 prisoten v mišicah, srcu, maščobnem tkivu in možganih ter α3 v srcu in možganih.

Β1 izoforma je najbolj difuzna porazdelitev, čeprav je v nekaterih tkivih odsotna, kot so vestibularne celice notranjega ušesa in glikolitične mišične celice hitrega odziva. Slednji vsebuje samo β2.

Različne strukture podenot, ki sestavljajo črpalko Na+/K+ v različnih tkivih.

Funkcija kalijeve črpalke

Za kadar koli upoštevano plazemsko membrano predstavlja mejo ločevanja med ustreznim predelkom v notranjost celice in tisto, ki predstavlja zunajcelično tekočino, v kateri je potopljena.

Oba oddelka imata sestavo, ki je lahko kvalitativno drugačna, saj znotraj celic obstajajo snovi, ki niso iz njih, zunajcelična tekočina pa vsebuje snovi, ki niso prisotne znotrajcelične.

Snovi, ki so prisotne v obeh oddelkih, najdemo v različnih koncentracijah in te razlike imajo lahko fiziološki pomen. Takšen je primer mnogih ionov.

Vzdrževanje homeostaze

Črpalka Na+/K+ izpolnjuje temeljno funkcijo pri vzdrževanju medcelične homeostaze z nadzorom koncentracij natrija in kalijevih ionov. To vzdrževanje homeostaze to dosega zahvaljujoč:

• Ionski prevoz: uvaja natrijeve ione in izganja kalijeve ione, proces, s katerim spodbuja tudi gibanje drugih molekul prek drugih prevoznikov, ki so odvisni od električnega naboja ali notranje koncentracije teh ionov.
• Nadzor volumna celice: Uvod ali izhod ionov pomeni tudi gibanje vode v celicah, zato črpalka sodeluje pri nadzoru volumna celic.
• Generacija membranskega potenciala: Izgon 3 natrijevih ionov za vsaka 2 kalijeva iona, ki sta vstavljena, povzroči membrano. Ta razlika je znana kot potencial za počitek.

Na+ ima zunajcelično koncentracijo približno 142 mEq/L, medtem ko je njegova znotrajcelična koncentracija le 12 mEq/L; K+je na drugi strani bolj koncentriran znotraj celice (140 mEq/L) kot zunaj nje (4 meq/l).

Čeprav električni naboj teh ionov ne dovoljuje njihovega prehoda skozi membrano, obstajajo ionski kanali, ki to omogočajo (selektivno), ki dajejo prednost gibanju, če so sile, ki se običajno premikajo.

Vam lahko služi: membranski receptorji: funkcije, vrste, kako delujejo

Zdaj imajo te razlike v koncentraciji velik pomen pri ohranjanje homeostaze organizma in ga je treba vzdrževati v nekakšnem ravnovesju, ki bi ga izgubili.

Razširjanje in kalijev natrij (vir: Bruceblaus. Ko uporabljate to sliko v zunanjih virih, jo lahko navedemo kot: Blausen.Com Osebje (2014). "Medicinska galerija Blausen Medical 2014". Wikijournal of Medicine 1 (2). Doi: 10.15347/WJM/2014.010. ISSN 2002–4436.Derivat Mikaela Häggström/cc by (https: // creativeCommons.Org/licence/by/3.0) prek Wikimedia Commons)

• Razlika v koncentraciji za Na+ med notranjostjo in zunaj celice ustvarja kemični gradient, ki potisne natrij navznoter, ta ion pa nenehno vstopa in se pripisuje, da se to razlike ujema, to je, da se ujemajo s koncentracijami na obeh straneh.
• Gradient kalija se vzdržuje v nasprotni smeri, torej od znotraj navzven, kar omogoča konstantno proizvodnjo iona in njegovo notranje zmanjšanje ter zunanje povečanje.

Funkcija črpalke Na+/K+ omogoča ekstrakcijo natrija, ki je vstopila z difuzijo po kanalih ali z drugimi transportnimi potmi, in ponovnim uvedbo kalija, ki je bil razširjen navzven, kar omogoča ohranjanje intra in zunajceličnih koncentracij teh ionov.

Mehanizem (postopek)

Mehanizem delovanja ATPase Na+/K+ je sestavljen iz katalitičnega cikla, ki pomeni prenos reakcij skupine fosforilne (PI) in konformacijske spremembe encima, ki prehaja iz stanja E1 v stanje E2 in obratno.

Operacija zahteva prisotnost ATP in Na+ znotraj celice in K+ v zunajcelični tekočini.

Zveza natrijevih ionov do transporterja

Cikel se začne v stanju konformacije E1 encima, v katerem obstajajo 3 citosolna mesta Na+ Union in visoka afiniteta (km 0,6 mM).

Hidroliza ATP

V tem stanju (E1) in z Na+, pritrjenim na svojih sindikalnih mestih, je ATP pritrjen na svoje mesto v citosolnem sektorju molekule, fosfatna skupina na 376 aspartata se prenese in prenese, kar tvori visoko energijski acilfosfat, ki povzroči, da povzroči visoko energijski acilfosfat konformacijska sprememba države E2.

Izgon 3 natrijevih ionov in uvedba 2 kalijevih ionov

Konformacijska sprememba v državi E2 pomeni, da mesta Na+ Union prehajajo v tujino, njihova afiniteta do iona se močno zmanjša in se sprosti v zunajcelični tekočini, hkrati In ti ioni se vežejo na črpalko.

Med stanjem se ioni Na+ sprostijo na drugi strani membrane. To novo stanje črpalke ustvarja afiniteto do zveze K ionov+

Preobrat iz E2 v E1

Ko se Na+ sprosti in je K+ združen, se nastaja hidroliza aspartilnega fosfata in konformacijska sprememba stanja E2 v stanje E1 je obrnjena, pri čemer je ponovno uvedba mesta Unije za prazne Na+ in tistih, ki jih zasede K+.

Ko pride do te spremembe, mesta Na+ povrnejo svojo afiniteto in od K+ izgubijo, s katerimi se K+ sprosti znotraj celice.

Pomembnost

Pri vzdrževanju celične osmolarnosti

Bomba Na+/K+ je bila prisotna v večini, če ne celo, celice sesalcev, v katerih je splošnega pomena s prispevanjem k ohranjanju njegove osmolarnosti in s tem glasnosti.

Vam lahko služi: peroksidaze: struktura, funkcije in vrste

Nenehni vnos natrijevih ionov v celico je kondicioniranje povečanja znotrajceličnega števila osmotično aktivnih delcev, kar povzroči vnos vode in povečanje volumna, ki bi na koncu povzročilo rupturo membrane in celice.

Pri tvorbi membranskega potenciala

Ker te črpalke uvedejo le 2 K+ za vsake 3 Na+, ki jih vzamejo, se obnašajo elektrogenično, kar pomeni, da "dekompenzirajo" notranje električne naboje in dajejo prednost proizvodnji značilnega membranskega potenciala telesnih celic.

Njegov pomen je očiten tudi glede na celice, ki sestavljajo vznemirljiva tkiva, v katerih je za akcijske potenciale značilen vnos Na+iona, ki depolarizira celico, in izhod K+, ki jo repolarizira.

Ti ionski gibi so možni zahvaljujoč delovanju črpalk Na+/K+, ki prispevajo k proizvodnji kemičnih gradientov, ki premikajo vključene ione.

Brez teh črpalk, ki delujejo v nasprotni smeri, bi se koncentracijski gradienti teh ionov razpršili in ekscitacijska aktivnost bi izginila.

V ledvični funkciji

Drug vidik, ki poudarja izjemni pomen bomb natrijevega-potasijevega.

Ledvična funkcija pomeni dnevno filtracijo več ali manj 180 litrov plazme in velikih količin snovi, od katerih je treba nekatere izločiti, vendar jih je treba mnoge ponovno absorbirati, da se ne izgubijo v urinu.

Resorpcija natrija, vode in številnih filtriranih snovi je odvisna od teh črpalk, ki so nameščene v bazolateralni membrani celic, ki sestavljajo epitelijo različnih cevastih segmentov ledvičnih nefronov.

Epitelijske celice, ki oblazitajo ledvične tubule.

Voda in snovi, ki so reabsorb.

Reaposorpcija Na+ je ključna tako do njega, kot tudi do vode in druge snovi, ki so odvisne od njegovega. Apikalni vnos Na+ celice zahteva, da obstaja gradient, ki ga premika in pomeni zelo nizko koncentracijo iona znotraj celice.

Ta nizka znotrajcelična koncentracija Na+ nastane z natrijevimi črpalkami iz bazolateralne membrane, ki intenzivno delujejo, da odstranijo ion iz celic na Intersticij.

Reference

1. Ganong WF: Splošna in celična osnova medicinske fiziologije, v: Pregled medicinske fiziologije, 25. izd. New York, McGraw-Hill Education, 2016.
2. Guyton AC, Hall Ji: Prevoz snovi po celični membrani, v: Učbenik medicinske fiziologije, 13. ed, Ac Guyton, Je Hall (eds). Philadelphia, Elsevier Inc., 2016.
3. Lodish H, Berk A, Zipursky SL, Matsudaira P, Baltimore D, Darnell J: transport po membranah celic, v: Molekularna in celična biologija, 4. izd.
4. Nelson, d. L., Lehninger, a. L., & Cox, m. M. (2008). Lehningerjeva načela biokemije. Macmillan.
5. Alberts, b., Bray, d., Hopkin, k., Johnson, a. D., Lewis, J., Raff, m.,… & Walter, P. (2013). Bistvena celična biologija. Garland Science.