Sodno-draselné čerpadlo
Čerpadlo sodno-draselný nebo Na + -K + ATPázy je heterotetramerní transmembránový protein , jejichž enzymatická aktivita využívá energii z degradace ATP do ADP a anorganického fosfátu , aby doprava draselných a sodných iontů proti jejich sklonu. Koncentrace. To hraje roli v udržování klidový potenciál z nervových buněk , svalů a srdce. Pumpa umožňuje výměnu sodíkových iontů (Na + ) z intracelulárního média s ionty draslíku K + z extracelulárního média v přesném poměru (3 Na + / 2 K + ). Toto čerpadlo je zodpovědné za obnovení počáteční rovnováhy po akčním potenciálu .
Digoxin a ouabainu nebo strophanthin blok čerpadla sodného. Digitalis a palytoxinu mají stejný účinek.
Tento protein spotřebovává 20% energie ( ATP ) astrocytů.
Názvy
Jmenuje se Na + -K + ATPáza. Někdy se označuje jako sodíková pumpa, protože byla nejprve charakterizována jako odpovědná za aktivní transport sodíku.
Fyziologická role
Čerpadlo sodný hraje zásadní roli v udržování elektrochemický potenciál membrány , která je hnací silou pro sekundárních dopravních molekul „řízené“ prostřednictvím membránových transportérů z kotransport , ionty sodíku směrem dovnitř buňky, a draselných iontů na vnější stranu . „Únikový“ draslíkový proud definuje membránový potenciál . A v excitovatelných buňkách umožňuje elektrochemický potenciál spouštěcí akční potenciál a postsynaptický potenciál, které jsou jednotlivými prvky neuronové signalizace. Některá hodnocení odhadují, že energie spotřebovaná sodíkovými pumpami k udržení elektrochemického potenciálu během nervové aktivity je polovina energie spotřebované mozkem, což představuje 20% metabolismu v klidu.
Toto čerpadlo také umožňuje udržovat objem buňky. To závisí na hydrataci buňky.
Struktura
Sodná pumpa se skládá z několika podjednotek:
- podjednotka je katalytická podjednotka. Má 10 transmembránových segmentů (M1-M10). Jsou známy čtyři izoformy s distribuovanou molekulovou hmotností 110 až 113 kDa.
- aur podjednotka má více pomocného roli pro adresování v oligomeru , stabilizaci struktury proteinu komplexu a se podílí na hydrolýze ATP. Podílí se také na vazbě ouabainu, inhibitoru sodíkové pumpy. Má transmembránový segment a molekulovou hmotnost asi 60 kDa.
- podjednotka není nezbytná pro činnost sodíkové pumpy. Není vyjádřen ve všech typech buněk. Jeho exprese v buňkách HEK mění afinitu pumpy k ATP a jeho přítomnost v nefronu mění afinitu k iontům sodíku a draslíku. Je možné si myslet, že jiné podjednotky modifikují biofyzikální vlastnosti pumpy stejným způsobem.
Katalytický mechanismus
Sodná pumpa patří do rodiny ATPáz typu P, které se vyznačují schopností transportovat ionty přes membránu pomocí energie z odbourávání ATP. Mechanismus aktivního iontového přenosu ATPázami typu P je vysvětlen střídáním dvou konformačních stavů a existencí několika afinitních rovnováh mezi iontovým druhem, ATP a pumpou v jeho dvou stavech.
- Ve stavu E1, čerpadlo má silnou afinitu s ATP (K d = 0,1 až 0,2 um) a s Na + (K d = 0,19 až 0,26 mm).
- Potom může být čerpadlo fosforylováno fosforečnanem ATP. Tři ionty Na + jsou uzamčeny.
- Čerpadlo se přepne ze stavu E1 do stavu E2. Ztrácí silnou afinitu k sodíku (K 1/2 = 14 mM) a získává silnou afinitu k draslíku (K d 0,1 mM). Tři ionty Na + se uvolňují do extracelulárního média,
- a 2 K + ionty spojené s pumpou.
- Vazba draslíku způsobuje spontánní defosforylaci pumpy, která blokuje ionty 2 K + .
- Intracelulární ATP usnadňuje uvolňování iontů K + , což způsobuje změnu ze stavu E2 do stavu E1. Zatímco afinita ATP k čerpadlu ve stavu E2 byla velmi nízká (K 1/2 = 0,45 mM), ve stavu E1 se opět zvyšuje. Cyklus může začít znovu.
Nesmíme zapomínat, že pokaždé jde o chemickou rovnováhu. Jedná se o vzájemné srovnání všech těchto stavů mezi velkou populací kanálů, které vede k čistému toku iontů Na + ven a iontů K + dovnitř.
Jeho provoz závisí na teplotě: čím více se teplota zvyšuje, tím více se usnadňuje, a to až do +50 ° C, kromě toho zaznamenáváme škodlivé účinky teploty na buněčné fungování.
Poznámky a odkazy
- „Energetické nároky Na + / K + ATPázy v astrocytech savců“, Ian A Silver.
- Simon B. Laughlin, „Energie jako omezení v kódování a zpracování senzorických informací“, Current Opinion in Neurobiology , 2001.
- „Tři odlišné a postupné kroky uvolňování sodíkových iontů Na + / K + -ATPázou“ , Nature , č. 403, str. 898-901, 2000.
Podívejte se také
Bibliografie
- Georgios Scheiner-Bobis, „Sodná pumpa, její molekulární vlastnosti a mechanismy transportu iontů“, Eur. J. Biochem. , č. 269, s. 2424-2433, 2002.