ANG SODIUM POTASSIUM PUMP: ISTRAKTURA, FUNCTION, MEKANISMO, KAHALAGAHAN - BIOLOGY - 2025

Ang sodium potassium pump ay isang istraktura ng protina na kasama sa isang mas malawak na hanay ng mga molekula na naroroon sa maraming mga lamad ng cell, at kung saan ay responsable para sa aktibong transportasyon ng mga ions o iba pang maliliit na molekula laban sa kanilang mga gradients ng konsentrasyon. Ginagamit nila ang enerhiya na pinakawalan ng hydrolysis ng ATP at sa gayon ang mga ito ay pangkalahatang tinatawag na ATPases.

Ang sodium potassium pump ay isang Na + / K + ATPase dahil inilalabas nito ang enerhiya na nilalaman ng molekulang ATP upang ilipat ang sodium mula sa loob patungo sa labas ng cell, habang nagpapakilala ng potasa.

Scheme ng sodium potassium pump. Panlabas at interior ng cell. (Pinagmulan: Miguelferig, sa pamamagitan ng Wikimedia Commons)

Sa loob ng cell, ang sodium ay hindi gaanong puro (12 mEq / L) kaysa sa labas (142 mEq / L), habang ang potasa ay mas puro sa labas (4 mEq / L) kaysa sa loob (140 mEq / L).

Ang mga pump ng ATPase ay naiuri sa tatlong malalaking grupo:

• Type F at V ion pump : ang mga ito ay medyo kumplikado na mga istraktura, maaari silang binubuo ng 3 magkakaibang uri ng mga transmembrane subunits at hanggang sa 5 nauugnay na polypeptides sa cytosol. Nagtatrabaho sila bilang mga transporton na proton.
• Superfamily ABC (mula sa English A TP- B inding C assette = ATP na nagbubuklod na cassette): binubuo ng higit sa 100 protina na maaaring gumana bilang mga transporter ng mga ion, monosaccharides, polysaccharides, polypeptides at kahit na iba pang mga protina.
  
• Ang mga pump ng Ion ng klase ng P : nabuo ng hindi bababa sa isang catalytic transmembrane alpha subunit na may isang nagbubuklod na site para sa ATP at isang menor de edad na subunit. Sa panahon ng proseso ng transportasyon ang α subunit ay phosphorylated at samakatuwid ang pangalan nito na "P".

Ang sodium potassium pump (Na + / K + ATPase) ay kabilang sa pangkat ng mga ionic pumps ng klase P at natuklasan noong 1957 ni Jens Skou, isang mananaliksik ng Danish, nang siya ay nag-aaral ng mekanismo ng pagkilos ng anesthetics sa nerbiyos ng isang alimango. (Carcinus maenas); trabaho na kung saan siya ay iginawad ng Nobel Prize sa Chemistry noong 1997.

Potasa sosa pump. NaKpompe2.jpg: Phi-Gastrein sa fr.wikipediaderivative na gawa: sonia / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)

Istraktura ng sodium potassium pump

Ang sodium potassium pump ay isang enzyme na, mula sa punto ng view ng quaternary na istruktura nito, ay binubuo ng 2 alpha (α) at ​​dalawang beta (β) uri ng mga subunits ng protina.

Samakatuwid, ito ay isang tetramer ng uri ng α2β2, na ang mga subunits ay mga integral na protina ng lamad, iyon ay, tinatawid nila ang lipid bilayer at may parehong intra- at extra-cytosolic domain.

Ang mga alpabeto at beta subunits ng pump ng potasa. Rob Cowie / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)

Mga subunit ng Alpha

Ang mga subunits ng α ay ang mga naglalaman ng mga nagbubuklod na site para sa ATP at para sa mga ion ng Na + at K + at kumakatawan sa catalytic na bahagi ng enzyme at ang isa na nagpapatakbo ng pagpapaandar ng pump mismo.

Ang mga subunits ng α ay malalaking polypeptides, na may isang molekular na bigat na 120 kDa, 10 mga segment ng transmembrane at kasama ang kanilang mga N- at C-termini na matatagpuan sa cytosolic side.

Mayroon silang mga nagbubuklod na site para sa ATP at Na + sa intracellular side, pati na rin ang isang aspartate residue sa posisyon 376 na kumakatawan sa site na sumasailalim sa proseso ng phosphorylation sa panahon ng activation pump.

Ang nagbubuklod na site para sa K + ay lilitaw na nasa extracellular side.

Mga subunit ng Beta

Ang mga subunit ay hindi lilitaw na magkaroon ng isang direktang pakikilahok sa pagpapaandar ng pumping, ngunit sa kanilang kawalan ay hindi nagaganap ang pagpapaandar na ito.

Ang mga subunits ay may bigat ng molekula na halos 55 kDa bawat isa at ang mga glycoproteins na may isang solong domain ng transmembrane na ang mga natitirang karbohidrat ay ipinasok sa extracellular region.

Lumilitaw ang mga ito na kinakailangan sa endoplasmic reticulum, kung saan sila ay mag-aambag sa wastong pagtitiklop ng mga subunits ng α, at pagkatapos, sa antas ng lamad, upang patatagin ang kumplikado.

Ang parehong mga uri ng subunits ay heterogenous at α1, α2 at α3 isoforms ay inilarawan para sa isa, at β1, β2 at β3 para sa iba pa. Ang Α1 ay matatagpuan sa mga lamad ng karamihan sa mga cell, habang ang α2 ay naroroon sa kalamnan, puso, adipose tissue, at utak, at α3 sa puso at utak.

Ang β1 isoform ay ang isa na may pinaka-nagkakalat na pamamahagi, bagaman wala ito sa ilang mga tisyu tulad ng mga vestibular cells ng panloob na tainga at mabilis na pagtugon sa mga glycolytic cells ng kalamnan. Ang huli ay naglalaman lamang ng β2.

Ang iba't ibang mga istruktura ng mga subunits na bumubuo ng pump na Na + / K + sa iba't ibang mga tisyu ay maaaring sanhi ng mga dalubhasa sa pagpapaandar na hindi pa napalabas.

Pag-andar ng bomba ng potasa

Para sa anumang sandali na isinasaalang-alang, ang lamad ng plasma ay bumubuo ng isang hangganan ng paghihiwalay sa pagitan ng kompartimento na naaayon sa loob ng isang cell at na kumakatawan sa extracellular fluid kung saan ito ay nalubog.

Ang parehong mga compartment ay may isang komposisyon na maaaring naiiba sa husay, dahil may mga sangkap sa loob ng mga cell na hindi natagpuan sa labas ng mga ito at ang extracellular fluid ay naglalaman ng mga sangkap na hindi naroroon nang intracellularly.

Ang mga sangkap na naroroon sa parehong mga compartment ay matatagpuan sa iba't ibang mga konsentrasyon, at ang mga pagkakaiba na ito ay maaaring magkaroon ng kabuluhan sa physiological. Ganito ang kaso sa maraming mga ions.

Pagpapanatili ng homeostasis

Ang Na + / K + pump ay gumaganap ng isang pangunahing papel sa pagpapanatili ng intracellular homeostasis sa pamamagitan ng pagkontrol sa mga konsentrasyon ng sodium at potassium ion. Ang pagpapanatili ng homeostasis ay nakamit salamat sa:

• Ang transportasyon ng Ion : ipinakikilala ang mga sodium ng sodium at tinatanggihan ang mga ion ng potasa, isang proseso kung saan pinupukaw din nito ang paggalaw ng iba pang mga molekula sa pamamagitan ng iba pang mga transporter na nakasalalay sa alinman sa singil ng kuryente o panloob na konsentrasyon ng mga ion.
• Pagkontrol ng dami ng cell : ang pagpapakilala o paglabas ng mga ion ay nagpapahiwatig din ng mga paggalaw ng tubig sa loob ng cell, upang ang bomba ay nakikilahok sa kontrol ng dami ng cell.
• Ang pagbuo ng potensyal ng lamad : ang pagpapalayas ng 3 mga sodium ion para sa bawat 2 potassium ion na ipinakilala ay nagiging panloob na sisingilin ang lamad sa loob, na bumubuo ng pagkakaiba sa mga singil sa pagitan ng loob at labas ng cell. Ang pagkakaiba na ito ay kilala bilang potensyal sa pamamahinga.

Ang Na + ay may isang extracellular na konsentrasyon na mga 142 mEq / L, habang ang intracellular na konsentrasyon ay 12 mEq / L lamang; Ang K +, sa kabilang banda, ay mas puro sa loob ng cell (140 mEq / L) kaysa sa labas nito (4 mEq / L).

Bagaman ang elektrikal na singil ng mga ion na ito ay hindi pinahihintulutan ang kanilang pagpasa sa lamad, may mga mga channel ng ion na pinapayagan ito (selectively), na nagtataguyod ng kilusan kung ang mga puwersa na karaniwang gumagalaw sa mga ions ay naroroon din.

Gayunpaman, ang mga pagkakaiba-iba sa konsentrasyon ay may malaking kahalagahan sa pagpapanatili ng homeostasis ng organismo at dapat mapanatili sa isang uri ng balanse na, kung nawala, ay magbubunga ng mahalagang organikong pagbabago.

Ang sodium potassium diffusion at pump (Pinagmulan: BruceBlaus. Kapag ginagamit ang imaheng ito sa mga panlabas na mapagkukunan maaari itong mabanggit bilang: Blausen.com staff (2014). «Medikal na gallery ng Blausen Medical 2014». WikiJournal of Medicine 1 (2). 10.15347 / wjm / 2014.010. ISSN 2002-4436.Derivative ni Mikael Häggström / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0) sa pamamagitan ng Wikimedia Commons)

• Ang pagkakaiba sa konsentrasyon para sa Na + sa pagitan ng loob at labas ng cell ay lumilikha ng isang kemikal na gradient na nagtutulak sa sodium sa loob at nagiging sanhi ng ion na ito na palaging pumasok at may posibilidad na mawala ang pagkakaiba-iba, iyon ay, upang gawing pantay-pantay ang mga konsentrasyon sa pareho. panig.
• Ang potassium gradient ay pinananatili sa kabaligtaran ng direksyon, iyon ay, mula sa loob sa labas, na nagpapahintulot sa patuloy na paglabas ng ion at panloob na pagbawas at panlabas na pagtaas.

Ang pag-andar ng Na + / K + pump ay nagbibigay-daan sa pagkuha ng sodium na pinasok ng pagsasabog sa pamamagitan ng mga channel o iba pang mga ruta ng transportasyon at ang muling paggawa ng potasa na nagkalat, na pinapayagan ang pag-iingat ng intra at extracellular concentrations ng mga ito ions.

Mekanismo (proseso)

Ang mekanismo ng pagkilos ng Na + / K + ATPase ay binubuo ng isang catalytic cycle na nagsasangkot ng mga reaksyon ng paglilipat ng isang pangkat na phosphoryl (Pi) at mga pagbagay sa pagbabago ng enzyme na mula sa isang estado ng E1 sa isang estado ng E2 at kabaligtaran.

Ang operasyon ay nangangailangan ng pagkakaroon ng ATP at Na + sa loob ng cell at K + sa extracellular fluid.

Ang pagbubuklod ng mga ion ng sodium sa transporter

Ang ikot ay nagsisimula sa estado ng pagbuo ng E1 ng enzyme, kung saan mayroong 3 mga site ng cytosolic na nagbubuklod sa Na + at ng mataas na pagkakaugnay (Km ng 0.6 mM) na ganap na nasakop dahil ang konsentrasyon ng intra ion ( Pinapayagan ito ng 12 mM.

ATP hydrolysis

Sa estado na ito (E1) at kasama ang Na + na nakakabit sa mga site na nagbubuklod, ang ATP ay nagbubuklod sa site nito sa sektor ng cytosolic ng molekula, hydrolyzes at isang pangkat na pospeyt ay inilipat sa aspartate 376, na bumubuo ng isang high-energy acylphosphate na nagpapahiwatig ng isang pagbabago sa pagbabago sa estado ng E2.

Pagpapatalsik ng 3 sodium ion at pagpapakilala ng 2 potassium ion

Ang pagbabagong-anyo sa estado ng E2 ay nagpapahiwatig na ang mga site na nagbubuklod na Na + ay pumasa sa labas, ang kanilang pagkakaugnay para sa ion ay bumababa nang malaki at ito ay pinakawalan sa extracellular fluid, habang, sa parehong oras, ang pagkakaugnay ng mga site na may-bisang K + ay nagdaragdag. at ang mga ions na ito ay nakadikit sa labas ng bomba.

Sa panahon ng estado ng E2, ang mga Na + ion ay pinakawalan sa kabilang panig ng lamad.

Kaugnay nito, ang bagong estado ng pump na ito ay bumubuo ng pagkakaugnay para sa pagbubuklod ng mga K + ion

Pagbabalik mula sa E2 hanggang E1

Kapag ang Na + ay pinakawalan at ang K + nakatali, ang hydrolysis ng aspartyl pospeyt ay nangyayari at ang pagbabago ng conformational mula sa estado ng E2 hanggang sa estado ng E1, ay muling binago, kasama ang muling paggawa ng mga walang laman na site ng Na + na nagbubuklod at mga nasakop na K +.

Kapag naganap ang pagbabagong ito, mababawi ng mga site para sa Na + ang kanilang pagkakaugnay at ang mga para sa K + ay mawala ito, kung saan pinalaya ang K + sa cell.

Kahalagahan

Sa pagpapanatili ng cellular osmolarity

Ang Na + / K + pump ay naroroon sa karamihan, kung hindi lahat, mga cell ng mammalian, kung saan ito ay may pangkalahatang kahalagahan sa pamamagitan ng pagtulong upang mapanatili ang kanilang osmolidad at samakatuwid ang kanilang dami.

Ang patuloy na pagpasok ng mga ion ng sodium sa cell ay tinutukoy ang isang pagtaas sa intracellular na bilang ng mga aktibong partikulo na osmotically, na pinasisigla ang pagpasok ng tubig at ang pagtaas ng dami na magtatapos sanhi ng pagkawasak ng lamad at pagbagsak ng cell.

Sa pagbuo ng potensyal ng lamad

Habang ang mga pump na ito ay nagpapakilala lamang ng 2 K + para sa bawat 3 Na + tinanggal nila, kumilos sila ng electrogenically, na nangangahulugang "nabubulok" ang mga panloob na singil sa koryente, na pinapaboran ang paggawa ng potensyal na katangian ng mga lamad ng katawan.

Ang kahalagahan nito ay maliwanag din na may kaugnayan sa mga selula na bumubuo ng mga kagila-gilalas na mga tisyu, kung saan ang mga potensyal na pagkilos ay nailalarawan sa pamamagitan ng pagpasok ng Na + ion, na nagpapawalang-bisa sa cell, at sa paglabas ng K +, na pinapawi nito.

Ang mga ionic na paggalaw na ito ay posible salamat sa pagpapatakbo ng Na + / K + na mga bomba, na nag-aambag sa paggawa ng mga gradients ng kemikal na gumagalaw sa mga ions na kasangkot.

Kung wala ang mga bomba na ito, na nagpapatakbo sa kabaligtaran ng direksyon, ang mga gradients ng konsentrasyon ng mga ions na ito ay mawawala at mawawala ang aktibidad ng excitatory.

Sa pag-andar sa bato

Ang isa pang aspeto na nagpapakita ng matinding kahalagahan ng mga bomba ng sodium-potassium ay nauugnay sa pagpapaandar ng bato, na imposible nang wala sila.

Ang pag-andar sa bato ay nagsasangkot sa pang-araw-araw na pagsasala ng higit o mas mababa sa 180 litro ng plasma at malaking halaga ng mga sangkap, ang ilan sa mga ito ay dapat na ma-excreted, ngunit marami ang kailangang ma-reabsorbed upang hindi sila mawala sa ihi.

Ang reabsorption ng sodium, tubig at marami sa mga na-filter na sangkap ay nakasalalay sa mga pump na ito, na matatagpuan sa basolateral membrane ng mga cell na bumubuo sa epithelia ng iba't ibang mga pantubo na mga segment ng mga nephrons sa bato.

Ang mga epithelial cells na pumila sa mga tubule ng bato ay may isang panig na nakikipag-ugnay sa lumen ng tubule at tinawag na apical side, at isa pa na nakikipag-ugnay sa interstitium sa paligid ng tubule at tinawag na basolateral side.

Ang tubig at reabsorbed na sangkap ay dapat munang pumasa sa cell sa pamamagitan ng apikal at pagkatapos ay sa interstitium sa pamamagitan ng basolateral.

Ang muling pagsipsip ng Na + ay susi kapwa may kaugnayan dito, at may kaugnayan sa tubig at ng iba pang mga sangkap na nakasalalay dito. Ang apical na pagpasok ng Na + sa cell ay nangangailangan na mayroong isang gradient na gumagalaw nito at nagpapahiwatig ng isang napakababang konsentrasyon ng ion sa loob ng cell.

Ang mababang intracellular na konsentrasyon ng Na + ay ginawa ng mga bomba ng sodium sa basolateral membrane na gumagana nang masidhi upang alisin ang ion mula sa mga cell sa interstitium.

Mga Sanggunian

1. Ganong WF: Ang Pangkalahatang & Cellular na Batayan ng Medical Physiology, sa: Review ng Medical Physiology, ika-25 ed. New York, Edukasyon ng McGraw-Hill, 2016.
2. Guyton AC, Hall JE: Pagbabawas ng Sasakyan Sa buong Cell Membrane, sa: Textbook of Medical Physiology, ika-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 sa buong mga Cell Membranes, Sa: Molecular at Cell Biology, ika-4 na ed.
4. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Mga prinsipyo ng Lehninger ng biochemistry. Macmillan.
5. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M., … & Walter, P. (2013). Mahalagang cell biology. Garland Science.