Das Natrium-Kalium-Pumpe Es ist eine Proteinstruktur, die in einem breiteren Satz von Molekülen enthalten ist, die in vielen Zellmembranen vorhanden sind und für den aktiven Transport von Ionen oder anderen kleinen Molekülen gegen ihre Konzentrationsgradienten verantwortlich sind. Sie nutzen die Energie, die durch die Hydrolyse von ATP freigesetzt wird, und werden deshalb allgemein als ATPasen bezeichnet.
Die Natriumkaliumpumpe ist eine Na + / K + ATPase, da sie die im ATP-Molekül enthaltene Energie freisetzt, um Natrium von innen nach außen in die Zelle zu transportieren und gleichzeitig Kalium einzuführen.
Innerhalb der Zelle ist Natrium weniger konzentriert (12 mÄq / l) als außen (142 mÄq / l), während Kalium außerhalb (4 mÄq / l) stärker konzentriert ist als innen (140 mÄq / l)..
ATPase-Pumpen werden in drei große Gruppen eingeteilt:
Die Natrium-Kalium-Pumpe (Na + / K + ATPase) gehört zur Gruppe der Ionenpumpen der P-Klasse und wurde 1957 von Jens Skou, einem dänischen Forscher, entdeckt, als er den Wirkungsmechanismus von Anästhetika auf die Nerven von a untersuchte Krabbe. (Carcinus maenas); Arbeit, für die er 1997 den Nobelpreis für Chemie erhielt.
Artikelverzeichnis
Die Natrium-Kalium-Pumpe ist ein Enzym, das unter dem Gesichtspunkt seiner Quartärstruktur aus 2 Proteinuntereinheiten vom Alpha (α) -Typ und zwei vom Beta (β) -Typ gebildet wird.
Es ist daher ein Tetramer vom α2β2-Typ, dessen Untereinheiten integrale Membranproteine sind, dh sie kreuzen die Lipiddoppelschicht und haben sowohl intra- als auch extrazytosolische Domänen..
Die α-Untereinheiten sind diejenigen, die die Bindungsstellen für ATP und für die Na + - und K + -Ionen enthalten und die katalytische Komponente des Enzyms und diejenige darstellen, die die Funktion der Pumpe selbst ausübt..
Die α-Untereinheiten sind große Polypeptide mit einem Molekulargewicht von 120 kDa, 10 Transmembransegmenten und deren N- und C-terminalen Enden auf der cytosolischen Seite angeordnet sind..
Auf der intrazellulären Seite haben sie Bindungsstellen für ATP und Na + sowie einen Aspartatrest an Position 376, der die Stelle darstellt, die während der Pumpaktivierung den Phosphorylierungsprozess durchläuft..
Die Bindungsstelle für K + scheint auf der extrazellulären Seite zu liegen.
Die β-Untereinheiten scheinen keine direkte Beteiligung an der Pumpfunktion zu haben, aber in ihrer Abwesenheit tritt diese Funktion nicht auf..
Die β-Untereinheiten haben ein Molekulargewicht von jeweils etwa 55 kDa und sind Glykoproteine mit einer einzelnen Transmembrandomäne, deren Kohlenhydratreste in die extrazelluläre Region eingefügt sind..
Sie scheinen im endoplasmatischen Retikulum notwendig zu sein, wo sie zur ordnungsgemäßen Faltung der α-Untereinheiten und dann auf Membranebene zur Stabilisierung des Komplexes beitragen würden..
Beide Arten von Untereinheiten sind heterogen und α1-, α2- und α3-Isoformen wurden für die eine und β1, β2 und β3 für die andere beschrieben. Α1 befindet sich in den Membranen der meisten Zellen, während α2 in Muskel, Herz, Fettgewebe und Gehirn und α3 in Herz und Gehirn vorhanden ist.
Die β1-Isoform ist die mit der diffusesten Verteilung, obwohl sie in einigen Geweben wie den vestibulären Zellen des Innenohrs und den schnell reagierenden glykolytischen Muskelzellen fehlt. Letztere enthalten nur β2.
Die unterschiedlichen Strukturen der Untereinheiten, aus denen die Na + / K + -Pumpe in den verschiedenen Geweben besteht, können auf funktionelle Spezialisierungen zurückzuführen sein, die noch nicht aufgeklärt wurden..
Für jeden betrachteten Moment bildet die Plasmamembran eine Trenngrenze zwischen dem dem Inneren einer Zelle entsprechenden Kompartiment und demjenigen, das die extrazelluläre Flüssigkeit darstellt, in die sie eingetaucht ist..
Beide Kompartimente haben eine Zusammensetzung, die qualitativ unterschiedlich sein kann, da es Substanzen innerhalb von Zellen gibt, die nicht außerhalb von ihnen gefunden werden, und die extrazelluläre Flüssigkeit Substanzen enthält, die intrazellulär nicht vorhanden sind..
Substanzen, die in beiden Kompartimenten vorhanden sind, können in unterschiedlichen Konzentrationen gefunden werden, und diese Unterschiede können physiologische Bedeutung haben. Dies ist bei vielen Ionen der Fall.
Die Na + / K + -Pumpe spielt eine grundlegende Rolle bei der Aufrechterhaltung der intrazellulären Homöostase durch Kontrolle der Konzentrationen von Natrium- und Kaliumionen. Diese Aufrechterhaltung der Homöostase wird erreicht durch:
Na + hat eine extrazelluläre Konzentration von etwa 142 mÄq / l, während seine intrazelluläre Konzentration nur 12 mÄq / l beträgt; K + hingegen ist in der Zelle stärker konzentriert (140 mEq / L) als außerhalb (4 mEq / L)..
Obwohl die elektrische Ladung dieser Ionen ihren Durchgang durch die Membran nicht zulässt, gibt es Ionenkanäle, die dies (selektiv) ermöglichen und die Bewegung fördern, wenn die Kräfte vorhanden sind, die diese Ionen normalerweise bewegen..
Nun sind diese Konzentrationsunterschiede in der EU von großer Bedeutung Erhaltung der Homöostase des Organismus und muss in einer Art Gleichgewicht gehalten werden, das bei Verlust wichtige organische Veränderungen hervorrufen würde.
Die Funktion der Na + / K + -Pumpe ermöglicht die Extraktion von Natrium, das durch Diffusion über Kanäle oder andere Transportwege eingedrungen ist, und die Wiedereinführung von diffundiertem Kalium, wodurch die intra- und extrazellulären Konzentrationen dieser Ionen erhalten bleiben.
Der Wirkungsmechanismus der ATPase Na + / K + besteht aus einem Katalysezyklus, der Transferreaktionen einer Phosphorylgruppe (Pi) und Konformationsänderungen des Enzyms beinhaltet, die von einem E1-Zustand in einen E2-Zustand und umgekehrt übergehen..
Die Operation erfordert das Vorhandensein von ATP und Na + in der Zelle und K + in der extrazellulären Flüssigkeit.
Der Zyklus beginnt im E1-Konformationszustand des Enzyms, in dem 3 cytosolische Bindungsstellen an Na + und eine hohe Affinität (km von 0,6 mM) vollständig besetzt sind, da die Intraionenkonzentration (12 mM) dies zulässt.
In diesem Zustand (E1) und mit an seine Bindungsstellen gebundenem Na + bindet ATP an seine Stelle im cytosolischen Sektor des Moleküls, hydrolysiert und eine Phosphatgruppe wird auf Aspartat 376 übertragen, wobei ein hochenergetisches Acylphosphat gebildet wird, das eine Konformation induziert in den Zustand E2 wechseln.
Die Konformationsänderung in den E2-Zustand impliziert, dass die Na + -Bindungsstellen nach außen verlaufen, ihre Affinität für das Ion stark abnimmt und es in die extrazelluläre Flüssigkeit freigesetzt wird, während gleichzeitig die Affinität der K + -Bindungsstellen nimmt zu und diese Ionen werden an der Außenseite der Pumpe angebracht.
Sobald das Na + freigesetzt und das K + gebunden ist, findet die Hydrolyse von Aspartylphosphat statt und die Konformationsänderung vom E2-Zustand in den E1-Zustand wird rückgängig gemacht, wobei die leeren Na + -Bindungsstellen und die von besetztem K + wieder eingeführt werden.
Wenn diese Änderung auftritt, gewinnen die Stellen für Na + ihre Affinität zurück und diejenigen für K + verlieren sie, wodurch das K + in die Zelle freigesetzt wird..
Die Na + / K + -Pumpe ist in den meisten, wenn nicht allen Säugetierzellen vorhanden, in denen sie von allgemeiner Bedeutung ist, indem sie zur Aufrechterhaltung ihrer Osmolarität und damit ihres Volumens beiträgt.
Der kontinuierliche Eintritt von Natriumionen in die Zelle bestimmt eine Zunahme der intrazellulären Anzahl von osmotisch aktiven Partikeln, was den Eintritt von Wasser und die Zunahme des Volumens induziert, die zum Bruch der Membran und zum Zusammenbruch der Zellen führen würde..
Da diese Pumpen nur 2 K + pro 3 Na + einbringen, die sie entfernen, verhalten sie sich elektrogen, was bedeutet, dass sie die internen elektrischen Ladungen "dekompensieren", was die Erzeugung des für Körperzellen charakteristischen Membranpotentials begünstigt..
Seine Bedeutung zeigt sich auch in Bezug auf die Zellen, aus denen erregbare Gewebe bestehen, in denen die Aktionspotentiale durch den Eintritt des Na + -Ions, das die Zelle depolarisiert, und den Austritt von K +, das sie repolarisiert, gekennzeichnet sind..
Diese Ionenbewegungen sind dank des Betriebs der Na + / K + -Pumpen möglich, die zur Erzeugung der chemischen Gradienten beitragen, die die beteiligten Ionen bewegen..
Ohne diese Pumpen, die in die entgegengesetzte Richtung arbeiten, würden sich die Konzentrationsgradienten dieser Ionen auflösen und die Erregungsaktivität würde verschwinden..
Ein weiterer Aspekt, der die extreme Bedeutung von Natrium-Kalium-Pumpen hervorhebt, betrifft die Nierenfunktion, die ohne sie nicht möglich wäre.
Die Nierenfunktion umfasst die tägliche Filtration von mehr oder weniger 180 Litern Plasma und großen Mengen an Substanzen, von denen einige ausgeschieden werden müssen, viele jedoch wieder resorbiert werden müssen, damit sie nicht über den Urin verloren gehen..
Die Reabsorption von Natrium, Wasser und vielen der gefilterten Substanzen hängt von diesen Pumpen ab, die sich in der basolateralen Membran der Zellen befinden, aus denen die Epithelien der verschiedenen röhrenförmigen Segmente der Nierennephrone bestehen..
Die Epithelzellen, die die Nierentubuli auskleiden, haben eine Seite, die mit dem Lumen des Tubulus in Kontakt steht und als apikale Fläche bezeichnet wird, und eine andere, die mit dem Interstitium um den Tubulus in Kontakt steht und als basolateral bezeichnet wird..
Das Wasser und die Substanzen, die resorbiert werden, müssen zuerst durch den Apikal in die Zelle und dann durch das Basolateral in das Interstitium gelangen.
Die Reabsorption von Na + ist sowohl in Bezug darauf als auch in Bezug auf die von Wasser und die von anderen Substanzen, die davon abhängen, von entscheidender Bedeutung. Der apikale Eintritt von Na + in die Zelle erfordert einen Gradienten, der es bewegt und eine sehr geringe Konzentration des Ions in der Zelle impliziert..
Diese niedrige intrazelluläre Konzentration von Na + wird von den Natriumpumpen der basolateralen Membran erzeugt, die intensiv daran arbeiten, das Ion aus den Zellen in das Interstitium zu entfernen..
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