Активный транспорт, натриевый насос. Na/К-насос. Натрий — Калиевый насос.

В процессе жизнедеятельности клетке требуется постоянный обмен  веществами с внеклеточной средой.

Этот обмен происходит различными способами: путем пассивного транспорта, когда вещества поступают в клетку по градиентам концентрации, например кислород.

Но клетка может переносить вещества и против концентрационных или электрических градиентов. Такой транспорт требует затрат энергии и называется активным.

Активный транспорт, натриевый насос. Na/К-насос. Натрий - Калиевый насос.

Что такое активный транспорт

Активный транспорт — это движение частиц против градиента концентрации. Это движение осуществляется с помощью свободной энергии организма. Активный транспорт всегда осуществляется переносчиками. В зависимости от типа используемой энергии, существует первичный активный и вторичный активный транспорт.

Первичный активный транспорт

В первичном активном транспорте используется энергия макроэргической связи АТФ, которая получается при ее разложении на АДФ и фосфат. Благодаря этому виду транспорта транспортируются катионы.

Элементом молекулярных устройств являются насосы, и для них характерно то, что скорость, с которой они работают, может изменяться.

Когда ионы находятся в нормальных для организма концентрациях, скорость ионных насосов составляет примерно половину их максимальной.

Ионные насосы — это мембранные белки, которые способны связываться с различными ионами и транспортировать их через мембрану с потреблением энергии, обеспечиваемой АТФ.

В первую очередь активный транспорт, осуществляемый с помощью ионных насосов, осуществляется тремя различными транспортными механизмами, которые тесно связаны с АТФ.

Одним из типов насосного механизма является тип P, который необходим для транспорта различных типов ионов и для ряда физиологических функций.

Активный транспорт, натриевый насос. Na/К-насос. Натрий - Калиевый насос.

Натриево-калиевый насос лучше всего изучен. Помимо этого есть также кальциевый насос, протон-калиевый насос, протонный насос.

Натриево-калиевый насос

Активный транспорт, натриевый насос. Na/К-насос. Натрий - Калиевый насос.

Число циклов, которые он выполняет за 1 секунду, составляет около 100. Наибольшее количество натриево-калиевых насосов находится на мембране нейронов и некоторых клетках петли Генле (почки).

Активный транспорт, натриевый насос. Na/К-насос. Натрий - Калиевый насос.

Функция насоса выполняется благодаря циклическим конформационным изменениям от E1 до E2. Первоначально АТФ и три иона натрия связываются с α-субъединицей. АТФ разлагается, а α-субъединица фосфорилируется, что приводит к конформационным изменениям и удалению связанных ионов с внешней стороны мембраны.

После следующего дефосфорилирования наблюдаются новые конформационные изменения, которые приводят к введению ионов калия и высвобождению в цитоплазму.

Количество циклов, выполняемых в минуту, зависит от температуры и наличия соединений, которые связываются с α-субъединицей, или от изменения ионного состава внеклеточной жидкости (СВЖ).

Благодаря действию натриево-калиевого насоса, СВЖ содержит больше натрия и меньше калия, а цитозоль содержит меньше натрия и гораздо больше калия. Кроме того, он поддерживает осмоляльность цитозоля и объем клетки. Натриево-калиевый насос важен для вторичного активного транспорта, функции возбудимых клеток и наличия разницы трансмембранного потенциала.

Другие виды насосов
Кальциевый насос Кальциевый насос имеет механизм действия, аналогичный натриево-калиевому, но переносит только один тип ионов — кальций. Концентрация ионов кальция в цитозоле во много раз ниже, чем во внеклеточном пространстве. Этот градиент концентрации поддерживается кальциевым насосом, который находится в мембранах практически всех клеток. Его функция определяется конформационными изменениями.  
Протон-калиевый насос Протон-калиевый насос имеет механизм действия, аналогичный натриево-калиевому, с той разницей, что вместо натрия ионы водорода удаляются во внеклеточном пространстве. Когда одна молекула АТФ расщепляется, один ион водорода транспортируется наружу, а один ион калия внутрь. Протон-калиевый насос находится в слизистой оболочке желудка и в клетках собирательных протоков в почках.  
Протонный насос Протонный насос по функции аналогичен кальциевому — он осуществляет активный унипорт ионов водорода. Это происходит на мембранах некоторых клеточных органелл (лизосом) и в некоторых эпителиальных клетках, которые составляют почечные канальцы.  

Картридж АТФ

Другим примером активного транспорта является связующий картридж АТФ. Существует не менее 45 разновидностей этого механизма насоса в организме человека. Транспортные белки используются для двух трансмембранных областей и двух цитозольных.

Особенностью здесь является то, что носитель специфичен для конкретного вещества или группы соединений. В большинстве случаев этот тип активного транспорта происходит изнутри клетки во внешнюю среду. Примерами являются носители желчных солей, стеринов, холестерина и железа.

Картридж АТФКартридж АТФ

Вторичный активный транспорт

Во вторичном активном транспорте используется энергия градиента концентрации вещества, а не АТФ. Это связано с тем, что перенос ионов с первичным активным транспортом создает градиент концентрации для других ионов, транспорт которых может быть связан с первичным. В зависимости от направления транспортируемых веществ, присутствует дифференциация:

  • симпорт — передача в том же направлении;
  • антипорт — передача идет в разные стороны.

Активный транспорт, натриевый насос. Na/К-насос. Натрий - Калиевый насос.

Антипортовые переносчики называются обменниками. Примерами этого типа активного транспорта являются: вторичный активный транспорт глюкозы, аминокислот, ионов калия и хлора, ионов хлора, кальция и других.

Функция вторичного активного транспорта связана с обеспечением энергией клеток, регулированием рН их внутриклеточной среды, осуществлением реабсорбции электролитов в пищеварительной системе и в почках.

Пассивный транспорт

Важнейшим свойством клеточной мембраны является ее избирательная проницаемость, благодаря которой происходит перенос веществ между внеклеточным и внутриклеточным пространством. Транспорт, осуществляемый через плазмалемму, делится на активный и пассивный. Пассивный транспорт осуществляется без потребления энергии АТФ. Перенос происходит по градиенту концентрации вещества.

Активный транспорт, натриевый насос. Na/К-насос. Натрий - Калиевый насос.

Пассивный транспорт бывает двух видов:

  • диффузия — частицы растворенного вещества проходят через плазмалемму;
  • осмос — растворитель проходит через плазмалемму.
Пассивный транспорт
Диффузия Осмос
Диффузия — это тип пассивного транспорта, при котором частицы растворенного вещества перемещаются из места с более высокой концентрацией в место с более низкой концентрацией, то есть вдоль градиента концентрации. В зависимости от того, несет ли переносимое вещество заряд, различают простую и облегченную диффузию. Осмос — это тип пассивного транспорта, при котором растворитель проходит через мембрану, чаще всего воду, под действием осмотического градиента. Важными условиями для осмоса являются то, что осмотические концентрации на обеих сторонах мембраны различны и что плазмалемма проницаема для воды. При осмосе вода проходит из места с более низким уровнем в место с более высокой осмотической концентрацией. Движение воды происходит благодаря специальным каналам, называемым аквапоринами (трансмембранными белками), расположенными на поверхности клеточной мембраны. Аквапоринов 11 разных видов. Это тетрамеры, состоящие из четырех субъединиц. В центре каждого находится пора, через которую проходят молекулы воды.
Поскольку двойной фосфолипидный слой является сложным барьером, который необходимо преодолеть, только небольшие жирорастворимые вещества (простагландины, стероидные гормоны, эфир) и небольшие неполярные молекулы (кислород, диоксид углерода, азот, оксид азота) легко преодолевают этот барьер посредством простой диффузии. Транспорт водорастворимых веществ через мембрану осуществляется с помощью транспортных белков — носителей. Процесс называется облегченной диффузией, транспортеры белка, участвующие в этом способе транспорта, состоят из длинной полипептидной цепи, которая многократно проходит через липидный бислой. Таким образом, образуется каналообразная структура, через которую транспортируемое вещество проходит без контакта с мембраной. Носитель также снабжен секцией, с которой он взаимодействует с переносимым веществом. Предполагается, что он претерпевает конформационные изменения при связывании с транспортируемым веществом

Тоничность определяет влияние раствора на живые клетки. Если определенные клетки погружены в раствор и остаются там в течение некоторого времени, можно наблюдать три типа изменений:Существуют различные формулы и методы, с помощью которых это можно определить.

В большинстве случаев это делается путем определения точки замерзания раствора. Когда в растворе находятся растворенные частицы, он замерзает при более низких температурах, и чем выше их концентрация, тем ниже температура замерзания. Осмотичность раствора зависит от его осмоляльности.

Если два раствора имеют одинаковую осмоляльность, они являются изоосмотическими, и один раствор обладает более высокой осмоляльностью, чем другой, он является гиперосмотическим, а если он имеет более низкую осмоляльность, он является гипоосмотическим.Осмос зависит от осмоляльности раствора.

Осмоляльность — это осмотическая концентрация количества частиц, содержащихся в одном килограмме воды. Единицей измерения является осмол.

  • попадание воды в клетки путем осмоса и увеличения объема клеток (в этом случае клетка находится в гипотоническом растворе);
  • утечка воды из ячеек, уменьшение объема и образование морщин (в этом случае клетка находится в гипертоническом растворе);
  • никаких перемен в клетках не наблюдается.

Последнее изменение называется изотоническим. Изотонические растворы должны отвечать следующим требованиям: иметь осмоляльность, равную осмоляльности клеточного цитозоля, и не иметь доступных веществ, которые могут проникать через плазмалемму путем диффузии.

Натриево-калиевая помпа, функция, функции и значение / биология

калиево-натриевый насос является активным клеточным транспортным механизмом, который перемещает ионы натрия (Na+) изнутри клетки наружу, и ион калия (K+в противоположном направлении. Насос отвечает за поддержание градиентов концентрации, характерных для обоих ионов..

Читайте также:  Микрохирургия. Общие принципы микрохирургической техники.

Этот ионный транспорт происходит против нормальных градиентов концентрации, потому что, когда ион очень сконцентрирован в ячейке, он стремится покинуть его, чтобы соответствовать концентрациям с внешней стороной. Калиево-натриевый насос нарушает этот принцип, и для этого требуется энергия в форме АТФ.

Активный транспорт, натриевый насос. Na/К-насос. Натрий - Калиевый насос.

На самом деле, этот насос является модельным примером активного клеточного транспорта. Насос образован комплексом ферментативного характера, который выполняет движения ионов внутри и снаружи клетки. Он присутствует во всех мембранах животных клеток, хотя он более распространен в определенных типах, таких как нейроны и мышечные клетки..

Ионы натрия и калия имеют решающее значение для различных биологических функций, таких как поддержание и регулирование объема клеток, передача нервных импульсов, генерация мышечных сокращений и другие..

индекс

  • 1 операция
    • 1.1 Основные принципы клеточного транспорта
    • 1.2 Активный и пассивный транспорт
    • 1.3 Характеристика натриево-калиевого насоса
    • 1.4 Как работает натриево-калиевый насос?
    • 1,5 АТФаза
    • 1.6 Регенные и электрогенные ионные насосы
    • 1.7 Скорость насоса
    • 1.8 Транспортная кинетика
  • 2 Функции и важность
    • 2.1 Регулятор громкости ячейки
    • 2.2 Потенциал покоящейся мембраны
    • 2.3 Нервные импульсы
  • 3 Ингибиторы
  • 4 Ссылки

операция

Основные принципы сотового транспорта

Прежде чем углубленно исследовать работу натриево-калиевого насоса, необходимо понять и определить термины, наиболее часто используемые в терминах клеточного транспорта..

Ячейки находятся в постоянном обмене веществ с их внешней средой. Это движение происходит благодаря наличию полупроницаемых липидных мембран, которые позволяют молекулам входить и выходить при удобстве клетки; мембраны являются высокоселективными.

Биомембраны не состоят исключительно из липидов; у них также есть ряд белков, связанных с ними, которые могут пересекать их или привязываться к ним другими путями.

Учитывая неполярное поведение внутренней части мембран, проникновение полярных веществ находится под угрозой. Однако смещение полярных молекул необходимо для соблюдения различных процессов; поэтому клетка должна иметь механизмы, которые позволяют транзит этих полярных молекул.

Прохождение молекул через мембраны можно объяснить физическими принципами. Диффузия — это случайное перемещение молекул из областей с высокой концентрацией в области, где концентрация ниже.

Кроме того, движение воды через полупроницаемые мембраны объясняется осмосом, процессом, при котором поток воды будет происходить там, где концентрация растворенных веществ выше..

Активный и пассивный транспорт

В зависимости от использования или отсутствия энергии, транспорт через мембраны классифицируется как пассивный и активный. 

Когда раствор переносится пассивно, он делает это только в пользу градиентов концентрации, следуя принципу простой диффузии.

Это может сделать это через мембрану, через водные каналы или с помощью транспортирующей молекулы, которая облегчает процесс. Роль молекулы транспортера состоит в том, чтобы «маскировать» полярное вещество, чтобы оно могло пройти через мембрану.

Наступает момент, когда растворенные вещества выравнивают свои концентрации по обе стороны мембраны, и поток прекращается. Если вы хотите переместить молекулу в каком-то направлении, вам нужно будет ввести энергию в систему.

В случае заряженных молекул необходимо учитывать градиент концентрации и электрический градиент..

Клетка вкладывает много энергии в поддержание этих градиентов вдали от равновесия, благодаря наличию активного транспорта, который использует АТФ для перемещения частицы в области высокой концентрации.

Характеристики натриево-калиевого насоса

Внутри клеток концентрация калия примерно в 10-20 раз выше, чем снаружи клетки. Точно так же концентрация ионов натрия намного выше вне клетки.

Механизмом, ответственным за поддержание этих градиентов концентрации, является натриево-калиевый насос, образованный ферментом, прикрепленным к плазматической мембране в клетках животных..

Это антипортовый тип, поскольку он обменивает молекулы с одной стороны мембраны на другую. Транспорт натрия происходит наружу, а транспорт калия — внутри..

Что касается пропорций, насос требует обязательного обмена двух ионов калия снаружи тремя ионами натрия из внутренней части клетки. Когда существует нехватка ионов калия, обмен ионов натрия, который обычно происходит, не может быть выполнен.

Как работает натриево-калиевый насос?

Начальным этапом является фиксация трех ионов натрия в белке АТФазы. Происходит распад АТФ в АДФ и фосфате; фосфат, выделяющийся в этой реакции, связан с белком, вызывая конформационные изменения в транспортных каналах.

Этап известен как фосфорилирование белка. Благодаря этим модификациям ионы натрия выводятся наружу из клетки. Впоследствии происходит объединение двух ионов калия извне..

В белке фосфатные группы разобщены (белок дефосфорилирован), и белок возвращается к своей первоначальной структуре. На этом этапе ионы калия могут поступать.

АТФазы

Конструктивно «насос» представляет собой фермент типа АТФазы, который имеет сайты связывания для ионов натрия и АТФ на поверхности, обращенной к цитоплазме, а в той части, которая обращена к внешней стороне клетки, находятся сайты связывание для калия.

В клетках млекопитающих обмен цитоплазматических ионов Na + внеклеточными ионами K + опосредуется ферментом, прикрепленным к мембране, называемым АТФазой. Обмен ионов превращается в мембранный потенциал.

Этот фермент состоит из двух мембранных полипептидов с двумя субъединицами: альфа 112 кДа и бета 35 кДа.

Ионные насосы, регенические и электрогенные

Поскольку движение ионов через мембраны неравномерно (два иона калия на три иона натрия), суммарное движение наружу включает в себя положительный заряд за цикл накачки.

Эти насосы называются реогенными, так как они связаны с чистым движением зарядов и производят трансмембранный электрический ток. В случае, когда ток оказывает влияние на мембранное напряжение, насос называется электрогенным.

Скорость насоса

В нормальных условиях количество ионов натрия, закачиваемых во внешнюю часть ячейки, равно количеству ионов, поступающих в ячейку, поэтому суммарный поток движения равен нулю..

Количество ионов, которые существуют снаружи и внутри клетки, определяется двумя факторами: скоростью, с которой происходит активный транспорт натрия, и скоростью, с которой он снова входит в процесс диффузии..

Логично, что скорость входа диффузии определяет скорость, необходимую насосу для поддержания необходимой концентрации во внутриклеточной и внеклеточной средах. Когда концентрация увеличивается, насос увеличивает свою скорость.

Транспортная кинетика

Активный транспорт проявляет кинетику Михаэлиса-Ментена, характерную для значительного количества ферментов. Кроме того, он ингибируется аналогичными молекулами.

Функции и важность

Контроль объема клетки

Натриево-калиевая помпа отвечает за поддержание оптимального объема клеток. Эта система способствует выходу ионов натрия; следовательно, внеклеточная среда приобретает положительные заряды. Из-за притяжения зарядов ионы накапливаются с отрицательными зарядами, такими как ионы хлора или бикарбоната.

В этот момент во внеклеточной жидкости содержится значительное количество ионов, которые генерируют движение воды изнутри клетки наружу — путем осмоса — для разбавления этих растворенных веществ..

Потенциал покоящейся мембраны

Натриево-калиевая помпа известна своей ролью в нервном импульсе. Нервные клетки, называемые нейронами, электрически активны и специализируются на импульсном транспорте. В нейронах можно говорить о «мембранном потенциале».

Мембранный потенциал возникает, когда существует неравенство концентрации ионов с обеих сторон мембраны. Поскольку внутренняя часть клетки содержит большое количество калия, а внешняя среда богата натрием, существует потенциал.

Мембранный потенциал можно различить, когда клетка находится в состоянии покоя (нет активных или постсинаптических событий), а также потенциал действия.

Когда ячейка находится в состоянии покоя, устанавливается потенциал -90 мВ, и это значение поддерживается в основном натриево-калиевым насосом. В большинстве исследованных клеток потенциалы покоя находятся в диапазоне от -20 до -100 мВ..

Нервные импульсы

Нервный импульс приводит к открытию натриевых каналов, создает дисбаланс в мембране и считается «деполяризованным». Поскольку он имеет положительный заряд, разворот нагрузки происходит на внутренней стороне мембраны..

Когда наложенное заканчивается, происходит открытие калиевых каналов для пополнения зарядов внутри ячейки. В это время натриево-калиевый насос поддерживает постоянную концентрацию указанных ионов..

ингибиторы

Калиево-натриевая помпа может быть подавлена ​​сердечным гликозидом уабином. Когда это соединение достигает поверхности клетки, оно конкурирует за сайты связывания ионов. Он также ингибируется другими гликозидами, такими как дигоксин.

ссылки

  1. Кертис Х. & Шнек А. (2006). Приглашение к биологии. Ed. Panamericana Medical.
  2. Hill, R.W., Wyse, G.A., Anderson, M. & Anderson, M. (2004). Физиология животных. Sinauer Associates.
  3. Рэндалл Д., Бурггрен В.В., Бурггрен В., Френч К. и Экерт Р. (2002). Эккерт Физиология животных. Macmillan.
  4. Skou, J.C. & Esmann, M. (1992). На, к-атпаза. Журнал биоэнергетики и биомембран, 24(3), 249-261.
  5. Uribe, R.R. & Bestene, J.A.. Токсикологии. Практики и процедуры. Руководство по клинической практике Том 2, том IV. Папский университет Хавериана.

Натрий-калиевый насос. Биологическая роль (Реферат)

Содержание:

  1. Натрий-калиевый насос
  2. Биологическая роль
  3. Активный транспорт
  4. Заключение
Предмет: Химия
Тип работы: Реферат
Язык: Русский
Дата добавления: 28.02.2019
  • Данный тип работы не является научным трудом, не является готовой работой!
  • Данный тип работы представляет собой готовый результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала для самостоятельной подготовки учебной работы.
Читайте также:  Хроническая левожелудочковая и правожелудочковая недостаточность.

Если вам тяжело разобраться в данной теме напишите мне в whatsapp разберём вашу тему, согласуем сроки и я вам помогу!

По этой ссылке вы сможете найти рефераты по химии на любые темы и посмотреть как они написаны:

Много готовых тем для рефератов по химии
  • Посмотрите похожие темы возможно они вам могут быть полезны:
  • Введение:
  • Натрий-калиевый насос — это один из механизмов активного транспорта через цитоплазматическую мембрану против градиента концентрации.
  • За один цикл своей работы натрий-калиевый насос переносит три иона натрия (3Na+) из клетки и два иона калия (2K+) в клетку.

Поскольку из клетки удаляется больше положительных зарядов, то на мембране происходит накопление разности электрических потенциалов (внутреннее содержимое клетки заряжено отрицательно по отношению к внешней среде). Разность потенциалов, в свою очередь, приводит к расщеплению АТФ и высвобождаю энергию.

Перекачивание натрия и калия необходимо для сохранения клеточного объема (осморегуляция), поддержания электрической активности в нервных и мышечных клетках, для активного транспорта сахаров, аминокислот и др. Калий в клетке требуется для белкового синтеза, гликолиза, фотосинтеза и др.

Натрий-калиевый насос

Натрий-калиевый насос по-сути представляет собой фермент, расщепляющий АТФ. Фермент называется натрий-калий-зависимая аденозинтрифосфатаза (Na+/K+-АТФ-аза. Он находится в мембранах (представляет собой интегральный белок) и начинает работать, когда повышается концентрация ионов натрия внутри клети или ионов калия снаружи.

Насос действует по принципу открывающихся и закрывающихся каналов. Когда белок связывается с ионами натрия, то это нарушает его водородные связи и приводит к изменению формы.

Образуется узкая внутренняя полость, через которую выходят наружу ионы натрия, а ионы калия протиснуться наружу не могут.

Выход ионов натрия снова изменяет конформацию фермента, в результате чего открывается другой канал, через который в клетку могут попасть ионы калия.

Расщепление АТФ происходит после связывания ионов натрия. Выделяющаяся энергия расходуется на изменение конформации фермента для выхода Na+.

Биологическая роль

Хлорид натрия абсолютно необходим для организма. Согласно исследованиям академика Покровского, оптимальная доза хлорида натрия составляет 10-15 г в сутки. Значение хлорида натрия будет рассматриваться на клеточном уровне.

Клеточная стенка представляет собой полупроницаемую мембрану, которая разделяет растворы различных концентраций: содержимое клетки и межклеточное вещество. Мембраны представляют собой сложные биологические структуры, состоящие из белков и жироподобных веществ.

Они пропускают питательные вещества в клетку и выводят отходы.

Мембраны находятся в постоянном движении, пульсируют и обновляются. Процесс обмена между клеткой и межклеточным веществом основан на явлении осмоса. Мембрана выравнивает концентрацию вещества с обеих сторон. А поскольку частицы растворенного вещества могут быть ионами, они также несут электрические заряды.

В связи с этим диффузия через мембрану зависит не только от разности концентраций, но и от разности потенциалов. Ионы хлора Cl— легче переходят в менее концентрированный раствор, а их присутствие создает отрицательный заряд.

Ионы натрия диффундируют меньше, потому что имеют толстую гидратационную оболочку и создают положительный заряд в местах накопления. Так что есть потенциальная разница.

Вот почему мы солим пищу, чтобы снабдить организм положительными и отрицательными ионами. Ионы хлора необходимы для образования соляной кислоты, которая является частью желудочного сока и участвует в процессе пищеварения. Однако эти процессы более сложны и содержат загадки, которые нелегко решить.

Активный транспорт, натриевый насос. Na/К-насос. Натрий - Калиевый насос.

В живых организмах содержание ионов калия K + на элемент калия в организме человека составляет 140 г, а доля натрия — 100 г. ионы калия К + и натрия Na + занимают свои места внутри организма.

Внутри клеток значительно больше ионов калия (например, калий в эритроцитах крови содержит более чем в 15 раз больше натрия и в 20 раз меньше в плазме), поэтому кровь соленая.

Ионы натрия, имеющие толстую гидратную оболочку, труднее пройти через клеточную мембрану.

Различное содержание K + и Na + в клетке и в межклеточном пространстве создает разность потенциалов, способствует движению заряженных частиц через клеточные мембраны.

Возникает так называемый калий — натриевый насос, который способствует переносу ионов. Аденозинтрифосфорная кислота (сокращенно АТФ) обеспечивает энергию для этого процесса.

Процесс перехода различных веществ через клеточные мембраны очень быстрый, а процесс осмоса с разностью потенциалов не может обеспечить такую ​​скорость.

Активный транспорт

Было обнаружено, что существуют вещества, способные переносить ионы через клеточные мембраны.

Первое такое вещество было открыто в 1955 году немецкими исследователями Брокманом и Шмидтом-Кастнером, а в 1964 году американский ученый Прессман обнаружил, что это вещество обладает способностью образовывать комплексы с ионами щелочных металлов и повышает их способность проходить через мембраны. Носители щелочных металлов называются ионофоры.

Первым ионофором, как описано выше, был валиномицин. Далее были получены другие ионофоры. Они имеют структуру белка. Они имеют высокую биологическую структуру. Благодаря им процесс прохождения через клеточную мембрану ионов и молекул протекает очень быстро.

Для исследовательских работ в области транспорта ионов через мембраны наши ученые Ю.А. А. Овчинников и В. Т. Иванов были удостоены Ленинской премии в 1978 году. Также эти вещества используются в качестве лекарственных средств. Например. Валиномицин, грамицидин, антаманид.

Натриево-калиевая помпа лежит в основе передачи нервного импульса. Передача нервного раздражения происходит за счет нервных клеток — нейронов.

Длинный отросток нервной клетки называется аксоном и служит сигнальным каналом для органа, с которым он соединяется. Аксон напоминает трубу, в которой находится жидкость, а сам он погружен в жидкость.

Обе эти жидкости содержат растворенные соли и поэтому хорошо проводят электричество.

Жидкость, омывающая аксон, содержит ионы Na + и Cl—. В жидкости внутри аксона находятся катионы К + и анионы органического происхождения. Такая конструкция проводника уступает металлической, но для живых организмов ее вполне достаточно. Нервная клетка находится в состоянии покоя, внутри нее наблюдается отрицательный заряд — потенциал покоя.

Как только нервная клетка получает сигнал возбуждения, проводимость мембран для калия и натрия резко возрастает. Потенциал ячейки падает до 0, а затем увеличивается до положительного значения + 50 мВ. Изменение потенциала связано с тем, что ионы натрия проникают в клетку, а ионы калия выходят. Изменение их концентрации вызывает изменение потенциала.

В этом смысл передачи нервного импульса. Эти импульсы контролируют наши действия.

Большое значение Na+ и K+ имеют в деятельности мозга. Наша память бывает двух видов: долговременная и кратковременная. Согласно существующей в настоящее время гипотезе механизм кратковременной памяти имеет ионную природу. Ионные связи непрочны, могут быстро разрушаться — поэтому-то и память коротка. В этих связях главное место отводится соединениям калия и натрия.

Длительная память связывается с образованием более прочных структур.

Сравнительно недавно выяснилось, что у большей части клеток в плазматической мембране действует натриевый насос, активно выкачивающий натрий из клетки. В животных клетках натриевый насос сопряжен с калиевым насосом, активно поглошаюшим ионы калия из внешней среды и переносящим их в клетку.

Такой объединенный насос называют натрий-калиевым насосом |(Na+, К+)-насос|. Поскольку насос имеется почти во всех животных клетках и выполняет в них ряд важных функций, он представляет собой хороший пример механизма активного транспорта.

О его физиологическом значении свидетельствует тот факт, что более трети АТФ, потребляемого животной клеткой в состоянии покоя, расходуется на перекачивание натрия и калия.

Насос — это особый белок-переносчик, локализующийся в мембране таким образом, что он пронизывает всю ее толщу. С внутренней стороны мембраны к нему поступают натрий и АТФ, а с наружной — калий. Перенос натрия и калия через мембрану совершается в результате конформационных изменений, которые претерпевает этот белок.

Обратите внимание, что на каждые два поглощенных иона калия из клетки выводится три иона натрия. Вследствие этого содержимое клетки становится более отрицательным по отношению к внешней среде, и между двумя сторонами мембран возникает разность потенциалов.

Это ограничивает поступление в клетку отрицательно заряженных ионов (анионов), например хлорид-ионов. Именно данным обстоятельством объясняется тот факт, что концентрация хлорид-ионов в эритроцитах ниже, чем в плазме крови, хотя эти ионы могут поступать в клетки и выходить из них за счет облегченной диффузии.

Читайте также:  Борозды и извилины лобной доли. Прецентральная борозда, sulcus precentralis

Положительно заряженные ионы (катионы), напротив, притягиваются клеткой.

Заключение

Таким образом, оба фактора — концентрация и электрический заряд — важны при определении того, в каком направлении будут перемешаться через мембрану ионы.

Натрий-калиевый насос необходим животным клеткам для поддержания осмотического баланса (осморегуляции). Если он перестанет работать, клетка начнет набухать и в конце концов лопнет. Произойдет это потому, что с накоплением ионов натрия в клетку под действием осмотических сил будет поступать все больше и больше воды.

Ясно, что бактериям, грибам и растениям с их жесткими клеточными стенками такой насос не требуется.

Животным клеткам он нужен также для поддержания электрической активности в нервных и мышечных клетках и, наконец, для активного транспорта некоторых веществ, например Сахаров и аминокислот.

Высокие концентрации калия требуются также для белкового синтеза, гликолиза, фотосинтеза и для некоторых других жизненно важных процессов.

Натрий-калиевый насос: что это такое и каковы его функции в клетке — Психология — 2022

Натрий-калиевый насос: что это такое и каковы его функции в клетке — Психология

Содержание:

Активный транспорт — это процесс, необходимый для перекачки противоградиентных молекул, как электрических, так и концентрационных.

Чтобы иметь возможность вытеснять ионы натрия и калия таким образом, необходимо натрий-калиевый насос, трансмембранная структура, присутствующая в клетках. Он участвует в нескольких основных жизненных функциях, и механизм его действия весьма интересен. Посмотрим дальше.

  • Статья по теме: «Что такое деполяризация нейронов и как она работает?»

Что такое натриево-калиевый насос?

Натрий-калиевый насос белковая структура, которую можно найти во многих клеточных мембранах. Как следует из названия, его основная функция заключается в перемещении ионов натрия и калия через мембрану.

Этот процесс протекает в форме активного транспорта против градиента концентрации. Внутри клетки натрий (Na +) менее концентрирован (12 мэкв / л), чем снаружи (142 мэкв / л)., в то время как противоположное происходит с калием (K +), с более низкой концентрацией снаружи (4 мэкв / л), чем внутри (140 мэкв / л).

Для этого насос использует энергию, полученную при гидролизе АТФ, и поэтому считается ферментом типа Na + / K + АТФазы. Расходуя эту энергию, она заставляет клетку вытеснять натрий, одновременно вводя калий.

Эта бомба относится к классу ионных насосов класса P, так как они вытесняют ионы. Эти типы насосов состоят по крайней мере из одной трансмембранной альфа-каталитической субъединицы, структуры, в которой есть место, где могут связываться молекула АТФ и минорная бета-субъединица.

Он был открыт в 1957 году Йенсом Скоу (1918-2018), датским химиком и профессором университета, получившим Нобелевскую премию по химии благодаря этой находке.

Как мы уже говорили, натриево-калиевый насос — это конструкция с ферментативной функцией. Его структура состоит из двух белковых субъединиц типа альфа (α) и двух субъединиц типа бета (β). Таким образом, этот насос представляет собой тетрамер (α2β2), интегральные белки которого пересекают липидный бислой, то есть клеточную мембрану, а также некоторые органеллы.

Оба типа субъединиц представляют собой вариации и пока что три изоформы были обнаружены для альфа-субъединицы (α1, α2 и α3) и три изоформы для бета (β1, β2 и β3). Α1 содержится в мембранах большинства клеток, а изоформа α2 характерна для мышечных клеток, сердца, жировой ткани и мозга. Изоформа α3 находится в сердце и мозге.

Что касается бета-субъединиц, то их распределение несколько более размытое. Β1 может быть обнаружен во многих местах, он отсутствует в вестибулярных клетках внутреннего уха и гликолитических мышечных клетках быстрого ответа, это отсутствие занято изоформой β2.

Альфа-субъединицы — это структуры, которые содержат сайты связывания для молекулы АТФ и ионов Na + и K +.. Эти субъединицы представляют собой каталитический компонент фермента, действующий как насос.

Структурно альфа-субъединицы состоят из больших полипептидов с молекулярной массой 120 кДа (килодальтон). На своей внутриклеточной стороне (внутри клетки) они имеют сайты связывания для молекулы АТФ и для Na +, а сайт связывания K + находится на внеклеточной стороне (вне клетки).

  • Вам может быть интересно: «Наиболее важные части клетки и органелл: резюме»

2. Бета-субъединицы

Бета-субъединицы, по-видимому, не участвуют непосредственно в насосной функции, но было замечено, что в их отсутствие натрий-калиевый насос не выполняет свою основную функцию.

Эти субъединицы имеют молекулярную массу 55 кДа каждая, и состоят из гликопротеинов с одним трансмембранным доменом. Углеводные остатки, которые можно найти в этих субъединицах, встроены во внешнюю область клетки.

Функция натрий-калиевого насоса

Клетку можно сравнить с баллоном, наполненным пресной водой, брошенным в море. Его слой практически непроницаем, а химические свойства внутренней среды сильно отличаются от внешней среды.. Клетка имеет различные концентрации различных веществ по сравнению с окружающей ее средой, со значительными отличиями от натрия и калия.

Это связано с основной функцией натрий-калиевого насоса, которая заключается в поддержании гомеостаза внутриклеточной среды, контролируя концентрации этих двух ионов. Для достижения этой цели выполните основные процессы:

1. Ионный транспорт

Вводит ионы K + и выбрасывает ионы Na +. Естественная тенденция, то есть без использования насоса, состоит в том, что натрий входит, а калий уходит, поскольку они все меньше и больше концентрируются внутри клетки соответственно.

Na + более сконцентрирован вне клетки (142 мг-экв / л), чем внутри (12 мг-экв / л), в то время как с K + это происходит наоборот, концентрация снаружи (4 мг-экв / л) меньше, чем внутри (140 мг-экв / л). / Л)

2. Регулятор объема ячейки

По мере того, как ионы покидают и входят в ячейку, также регулируется объем, контролируя количество жидкости внутри самой ячейки.

3. Создание мембранного потенциала

Натрий-калиевый насос участвует в генерации мембранного потенциала. Это связано с, удаляя три иона натрия на каждые два вводимых иона калия, клеточная мембрана остается отрицательно заряженной внутри.

Это создает разницу зарядов между внутренней и внешней частью ячейки, разницу, которая известна как потенциал покоя.

Ионы заряжены положительно, поэтому их нельзя толкать внутрь и наружу, как они это делают. Однако наличие ионных каналов в мембране позволяет выборочно создавать поток против электрохимического градиента, когда это необходимо.

Механизм действия

Как мы уже говорили, натриево-калиевый насос выполняет ферментативную функцию, и по этой причине его также называют Na + / K + АТФазой. Механизм действия этой трансмембранной структуры состоит из каталитического цикла, в котором передается фосфорильная группа..

Для прохождения реакции необходимо присутствие молекулы АТФ и иона Na + внутри клетки и иона K + вне клетки. Ионы Na + связываются с переносчиком фермента, который имеет три цитозольных сайта связывания для этого иона.

Это состояние называется E1, и после его достижения АТФ связывается со своим участком в молекуле., гидролиз и перенос фосфатной группы в молекулу аспартата 376, процесс, в результате которого получают ацилфосфат. Это вызывает переход к следующему состоянию, E2.

После этого следует вытеснение трех ионов натрия и введение двух ионов калия.

Важность натрий-калиевого насоса

Основываясь на том, что мы объяснили, натрий-калиевый насос приобретает большое значение, поскольку он предотвращает попадание в клетку слишком большого количества ионов Na + внутрь.

Это большее количество натрия внутри клетки обусловлено большим поступлением воды и, следовательно, увеличением объема клетки.

Если бы я следил за этой тенденцией и использовал бы предыдущий случай с воздушным шаром в качестве примера, ячейка взорвалась бы, как если бы она была одной. Именно благодаря действию насоса ячейка не может так разрушиться.

Кроме того, насос способствует формированию мембранного потенциала. Введение двух ионов K + на каждые три выброшенных Na + приводит к декомпенсации внутренних электрических зарядов.

, способствуя выработке характерного мембранного потенциала клетки.

Это значение еще больше, если принять во внимание нервные клетки, в которых потенциал действия характеризуется обратным процессом, то есть входом натрия и выходом калия.

Функция почек

Еще один интересный аспект натриево-калиевых насосов заключается в том, что участвуют в работе почек и, фактически, без них это было бы невозможно.

Почки ежедневно фильтруют 180 литров плазмы, которая содержит вещества, которые должны выводиться из организма, а другие должны абсорбироваться, чтобы они не терялись с мочой.

Реабсорбция натрия, воды и других веществ напрямую зависит от натрий-калиевых насосов, которые находятся в трубчатых сегментах нефронов почек.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector