وظيفة مضخة الصوديوم البوتاسيوم ، وظائف وأهمية

ال مضخة الصوديوم البوتاسيوم هي آلية نقل خلوية نشطة تحرك أيونات الصوديوم (Na⁺) من داخل الخلية إلى الخارج ، وأيون البوتاسيوم (K⁺) في الاتجاه المعاكس. المضخة هي المسؤولة عن الحفاظ على التدرجات تركيز مميزة من كل من الأيونات.

يحدث هذا الانتقال الأيوني ضد تدرجات التركيز العادية ، لأنه عندما يتركز أيون بشكل كبير في الخلية فإنه يميل إلى تركه لمطابقة التركيزات مع الخارج. تعمل مضخة الصوديوم البوتاسيوم على كسر هذا المبدأ ، ويتطلب القيام بذلك طاقة في شكل ATP.

في الواقع ، هذه المضخة هي مثال نموذجي للنقل الخلوي النشط. تتشكل المضخة بواسطة مجموعة ذات طبيعة إنزيمية تؤدي حركات الأيونات داخل الخلية وخارجها. وهو موجود في جميع أغشية الخلايا الحيوانية ، رغم أنه أكثر وفرة في أنواع معينة ، مثل الخلايا العصبية والخلايا العضلية.

تعد أيونات الصوديوم والبوتاسيوم ضرورية لمختلف الوظائف البيولوجية ، مثل الحفاظ على حجم الخلية وتنظيمه ، ونقل نبضات الأعصاب ، وتوليد تقلصات العضلات ، وغيرها..

مؤشر

• 1 عملية
  • 1.1 المبادئ الأساسية للنقل الخلوي
  • 1.2 النقل النشط والسلبي
  • 1.3 خصائص مضخة بوتاسيوم الصوديوم
  • 1.4 كيف تعمل مضخة البوتاسيوم الصوديوم?
  • 1.5 ATPase
  • 1.6 مضخات أيون ريجنيك وإلكتروجيني
  • 1.7 سرعة المضخة
  • 1.8 حركية النقل
• 2 وظائف وأهمية
  • 2.1 التحكم في حجم الخلية
  • 2.2 الراحة غشاء المحتملة
  • 2.3 النبضات العصبية
• 3 مثبطات
• 4 المراجع

عملية

المبادئ الأساسية للنقل الخلوي

قبل استكشاف تشغيل مضخة الصوديوم والبوتاسيوم بعمق ، من الضروري فهم وتعريف المصطلحات الأكثر استخدامًا من حيث النقل الخلوي.

الخلايا في تبادل مستمر للمواد مع بيئتها الخارجية. تحدث هذه الحركة بفضل وجود أغشية الدهون شبه القابلة للنفاذ التي تسمح للجزيئات بالدخول والخروج في راحة الخلية ؛ الأغشية هي كيانات انتقائية للغاية.

لا تتكون الأغشية الحيوية فقط من الدهون. لديهم أيضًا سلسلة من البروتينات المرتبطة بهم يمكنها عبورها أو ربطها بهذه الطرق بطرق أخرى.

بالنظر إلى السلوك غير المنضبط للجزء الداخلي من الأغشية ، فإن دخول المواد القطبية معرض للخطر. ومع ذلك ، فإن إزاحة الجزيئات القطبية ضروري للامتثال للعمليات المختلفة ؛ لذلك يجب أن يكون للخلية آليات تسمح بمرور هذه الجزيئات القطبية.

يمكن تفسير مرور الجزيئات عبر الأغشية بالمبادئ الفيزيائية. الانتشار هو الحركة العشوائية للجزيئات من المناطق ذات التركيزات العالية إلى المناطق التي يكون فيها التركيز أقل.

أيضًا ، يتم تفسير حركة الماء عبر الأغشية شبه القابلة للنضح عن طريق التناضح ، وهي عملية يحدث فيها تدفق الماء عندما يكون هناك تركيز أعلى من المواد المذابة..

النقل النشط والسلبي

اعتمادًا على استخدام الطاقة أو عدم استخدامها ، يصنف النقل عبر الأغشية على أنه سلبي ونشط. 

عندما يتم نقل المذاب بشكل سلبي ، فإنه يفعل ذلك فقط لصالح تدرجات التركيز ، وفقًا لمبدأ الانتشار البسيط.

يمكن أن تفعل ذلك من خلال الغشاء ، من خلال القنوات المائية أو باستخدام جزيء النقل الذي يسهل العملية. يتمثل دور جزيء النقل في "إخفاء" مادة قطبية حتى تتمكن من المرور عبر الغشاء.

ويأتي ذلك عند نقطة تعادل فيها المواد المذابة تركيزها على جانبي الغشاء ويتوقف التدفق. إذا كنت ترغب في نقل الجزيء في اتجاه ما ، فستحتاج إلى ضخ الطاقة في النظام.

في حالة الجزيئات المشحونة ، يجب أن يؤخذ في الاعتبار تدرج التركيز والتدرج الكهربائي.

تستثمر الخلية الكثير من الطاقة في الحفاظ على هذه التدرجات بعيدًا عن التوازن ، وذلك بفضل وجود وسيلة نقل نشطة تستخدم الـ ATP لنقل الجسيمات إلى المناطق ذات التركيز العالي.

خصائص مضخة البوتاسيوم الصوديوم

داخل الخلايا يكون تركيز البوتاسيوم حوالي 10 إلى 20 مرة ، مقارنةً بالخارج الخارجي للخلية. بنفس الطريقة ، يكون تركيز أيونات الصوديوم أعلى بكثير خارج الخلية.

إن الآلية المسؤولة عن الحفاظ على تدرجات التركيز هذه هي مضخة بوتاسيوم الصوديوم ، التي يتكون من إنزيم مرتبط بغشاء البلازما في الخلايا الحيوانية..

إنه من نوع antport ، لأنه يتبادل نوعًا من الجزيء من جانب من الغشاء إلى جانب آخر. يحدث نقل الصوديوم إلى الخارج ، بينما يحدث نقل البوتاسيوم في الداخل.

بالنسبة للنسب ، تتطلب المضخة التبادل الإلزامي لأيونات البوتاسيوم من الخارج بثلاثة أيونات صوديوم من داخل الخلية. عندما يكون هناك نقص في أيونات البوتاسيوم ، لا يمكن تنفيذ تبادل أيونات الصوديوم التي تحدث بشكل طبيعي.

كيف تعمل مضخة البوتاسيوم الصوديوم?

الخطوة الأولى هي تثبيت أيونات الصوديوم الثلاثة في بروتين ATPase. انهيار ATP في ADP والفوسفات يحدث. يرتبط الفوسفات المنطلق في هذا التفاعل بالبروتين ، مما يؤدي إلى حدوث تغير في التوافقية في قنوات النقل.

تُعرف الخطوة باسم الفسفرة للبروتين. مع هذه التعديلات ، يتم طرد أيونات الصوديوم إلى خارج الخلية. بعد ذلك يحدث اتحاد أيوني البوتاسيوم من الخارج.

في البروتين ، تكون مجموعات الفوسفات غير منفصلة (يتم إزالة البروتين الفسفوري) ويعود البروتين إلى بنيته الأولية. في هذه المرحلة ، يمكن أن تدخل أيونات البوتاسيوم.

أتباز

من الناحية الهيكلية ، فإن "المضخة" هي إنزيم من نوع ATPase يحتوي على مواقع ربط لأيونات الصوديوم و ATP على السطح الذي يواجه السيتوبلازم ، وفي الجزء الذي يواجه الخلية الخارجية توجد مواقع ملزمة للبوتاسيوم.

في خلايا الثدييات يتم تبادل أيونات Na + السيتوبلازمية بواسطة أيونات K + خارج الخلية بوساطة إنزيم مرتبط بالغشاء ، يسمى ATPase. تبادل الأيونات يترجم إلى غشاء محتمل.

يتكون هذا الإنزيم من اثنين من ببتيد الغشاء مع وحدتين فرعيتين: ألفا 112 كيلو دالتون وبيتا 35 كيلو دالتون.

مضخات الأيونية ، ريجنيك وإلكتروجيني

نظرًا لأن حركة الأيونات عبر الأغشية غير متساوية (أيان أيونات البوتاسيوم لثلاثة أيونات الصوديوم) ، فإن الحركة الصافية إلى الخارج تنطوي على شحنة موجبة لكل دورة ضخ.

وتسمى هذه المضخات reogenic ، لأنها تنطوي على حركة صافي من الشحنات وتنتج التيار الكهربائي عبر الغشاء. في الحالة التي يولد فيها التيار تأثيرًا على جهد الغشاء ، تسمى المضخة كهربيًا.

سرعة المضخة

في ظل الظروف الطبيعية ، فإن كمية أيونات الصوديوم التي يتم ضخها إلى الخارج من الخلية تساوي عدد الأيونات التي تدخل الخلية ، وبالتالي فإن صافي التدفق للحركة يساوي الصفر.

يتم تحديد كمية الأيونات الموجودة خارج الخلية وداخلها بواسطة عاملين: السرعة التي يحدث بها النقل النشط للصوديوم والسرعة التي يدخل بها مرة أخرى من خلال عمليات الانتشار.

منطقيا ، تحدد سرعة الدخول عن طريق الانتشار السرعة المطلوبة للمضخة من أجل الحفاظ على التركيز المطلوب في البيئات داخل وخارج الخلية. عندما يزيد التركيز ، تزيد المضخة من سرعتها.

حركيات النقل

النقل النشط يسلك حركيات Michaelis-Menten ، المميزة لعدد كبير من الإنزيمات. وبالمثل ، يتم تثبيته بواسطة جزيئات مماثلة.

وظائف وأهمية

السيطرة على حجم الخلية

مضخة البوتاسيوم الصوديوم هي المسؤولة عن الحفاظ على حجم الخلية الأمثل. هذا النظام يعزز خروج أيونات الصوديوم. لذلك ، تكتسب البيئة خارج الخلية شحنات موجبة. بسبب جذب الشحنات ، تتراكم الأيونات مع الشحنات السلبية ، مثل أيونات الكلور أو بيكربونات.

عند هذه النقطة ، يحتوي السائل خارج الخلوي على كمية كبيرة من الأيونات ، مما يولد حركة الماء من داخل الخلية إلى الخارج - بواسطة التناضح - لتخفيف هذه المذاب.

يستريح غشاء المحتملة

مضخة البوتاسيوم الصوديوم معروفة بدورها في الدافع العصبي. الخلايا العصبية ، التي تسمى الخلايا العصبية ، نشطة كهربائيا ومتخصصة في نقل الدوافع. في الخلايا العصبية يمكنك التحدث عن "إمكانات الغشاء".

يحدث غشاء محتمل عندما يكون هناك عدم مساواة في التركيز الأيوني على جانبي الغشاء. نظرًا لأن الأجزاء الداخلية للخلية تحتوي على كميات كبيرة من البوتاسيوم والخارج غني بالصوديوم ، فهناك إمكانات كبيرة.

يمكن التمييز بين إمكانات الغشاء عندما تكون الخلية في حالة راحة (لا توجد أحداث نشطة أو ما بعد التشابك) ، وكذلك إمكانات الحركة.

عندما تكون الخلية في حالة راحة ، يتم تحديد إمكانات -90 مللي فولت ويتم الحفاظ على هذه القيمة بشكل رئيسي بواسطة مضخة بوتاسيوم الصوديوم. في غالبية الخلايا التي خضعت للدراسة ، تتراوح إمكانات الراحة بين -20 mV و -100 mV.

النبضات العصبية

الدافع العصبي يؤدي إلى فتح قنوات الصوديوم ، ويخلق عدم توازن في الغشاء ويقال إنه "استقطاب". نظرًا لوجود شحنة موجبة ، يحدث انعكاس للحمل على الجانب الداخلي للغشاء.

عندما ينتهي الحظر ، يحدث فتح قنوات البوتاسيوم لتجديد الشحنات داخل الخلية. في هذا الوقت ، تحافظ مضخة البوتاسيوم الصوديوم على تركيز الأيونات المذكورة.

مثبطات

يمكن تثبيط مضخة الصوديوم البوتاسيوم عن طريق جليكوسيد القلب أوابين. عندما يصل هذا المركب إلى سطح الخلية ، فإنه يتنافس على مواقع الربط للأيونات. كما تم تثبيته بواسطة جليكوسيدات أخرى مثل الديجوكسين.

مراجع

1. كورتيس ، هـ. ، وشانك ، أ. (2006). دعوة إلى علم الأحياء. Ed. Panamericana Medical.
2. Hill، R.W، Wyse، G.A، Anderson، M.، & Anderson، M. (2004). فسيولوجيا الحيوان. شركاء سيناور.
3. Randall، D.، Burggren، W. W.، Burggren، W.، French، K.، & Eckert، R. (2002). فسيولوجيا الحيوان Eckert. ماكميلان.
4. Skou، J. C.، & Esmann، M. (1992). نا ، ك - atpase. مجلة الطاقة الحيوية والأغشية الحيوية, 24(3) ، 249-261.
5. أوريبي ، ر. ، وبيستين ، ج. أ. علم السموم. الممارسات والإجراءات. إرشادات الممارسة السريرية المجلد 2 ، المجلد الرابع. Pontificia Universidad Javeriana.