Parketprom.ru

Стройка века — журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Натриевый насос это

Уточнен механизм работы натрий-калиевого насоса

Натрий-калиевый насос (или натрий-калиевая помпа) — наверное, один из самых изученных белков, однако он продолжает преподносить сюрпризы. Недавно группа датских исследователей предложила модель работы этого белка, в которой важную роль играют цитоплазматические протоны. Судя по всему, некоторые наследственные неврологические нарушения, например один из видов гемиплегической мигрени, вызываются мутацией именно в том участке насоса, где связывается протон.

Жизнь зарождалась в соленой морской воде, и первым клеткам — крохотным мешочкам с пресным содержимым — приходилось постоянно «выплевывать» проникающие в них ионы натрия, чтобы не «засолиться». Поэтому в мембране клеток появился специальный белок — натрий-калиевый насос. Этот трансмембранный (то есть пронизывающий мембрану насквозь) белок занимается тем, что выкачивает из клетки ионы натрия и взамен впускает ионы калия: на каждые три «выплюнутых» натриевых иона приходится два «проглоченных» калиевых и расщепляется одна молекула АТФ. Клетка научилась использовать возникающие в результате этого химические и электрические градиенты себе на благо: например, для создания потенциала покоя, симпорта и поддержания клеточного объема.

Тот факт, что в обмен на три иона натрия в клетку попадает только два иона калия, немного настораживает. Если в насосе есть три участка для связывания катионов, то куда же девается один из них, когда белок транспортирует калий? Группа ученых из Дании (датчане вообще славятся работами в биологии ионных насосов, взять хотя бы первооткрывателя натриевого насоса Йенса Кристиана Скоу) попыталась доказать, что место третьего натриевого иона во время переноса калия занимает цитоплазматический протон (то есть ион водорода), который потом, когда становится ненужным, возвращается назад в цитоплазму. Кроме того, исследователи предполагают, что обнаружили в натриевом насосе прежде неисследованный ионный ход, по которому и движется этот протон.

Всё началось с того, что при изучении альфа-субъединицы этого белка ученые обратили внимание на то, что между его C-концом и предполагаемым сайтом связывания для третьего иона натрия находится полость, выстланная полярными и заряженными аминокислотными остатками — то есть идеальная дорога для ионов. Особенно интересно, что тяжелое наследственное заболевание — гемиплегическая мигрень — вызывается мутацией в аминокислотах, находящихся совсем рядом с этой полостью.

Чтобы узнать, для чего эта полость нужна, ученые попробовали «испортить» ее (заменив некоторые из образующих ее аминокислот на другие) и посмотреть, какие проблемы возникнут у мутантного белка. Во-первых, выяснилось, что мутантный насос значительно утратил сродство к натрию. Но кроме того оказалось, что в определенных условиях (при повышенном мембранном потенциале) она «выплевывала» натрий гораздо охотнее, чем немутантный белок. Это могло означать, что мутация в данном участке насоса облегчает какой-то процесс, связанный с высвобождением натрия.

Исследователи провели еще ряд экспериментов и пришли к выводу, что этот загадочный процесс — высвобождение C-конца: он, как пробка, отходит от основной части белка, открывает ионный канал и впускает туда молекулы воды, которые протонируют находящийся в глубине остаток аспартата (D930). После этого натрий покидает насос и попадает во внеклеточное пространство. Всё это позволило ученым создать усовершенствованную модель работы натриевого насоса.

Судя по всему, он работает так. Пусть вначале в насосе «сидят» три иона натрия на своих сайтах связывания и один протон на глутаматном остатке. Ионы натрия могут выйти во внеклеточное пространство только тогда, когда C-конец белка поменяет свое положение и перестанет затыкать ионный канал и по этому каналу пойдет вода, которая протонирует остаток аспартата (где находится сайт связывания для натрия). Когда ионы натрия выходят во внеклеточное пространство, им на смену приходят ионы калия. Тот протон, который был на глутамате, переходит на аспартат, а тот, что был на аспартате, покидает белок по открытому ионному каналу. Ионы калия входят во внутриклеточное пространство по одному каналу, а протон, который был на аспартате, — по другому. На смену ионам калия приходят ионы натрия. На глутаматный остаток «садится» протон, и цикл повторяется.

Авторы полагают, что сходный механизм задействован и в работе протонного насоса, который очень похож на натриевый по своему строению.

Источник: Hanne Poulsen, Himanshu Khandelia, J. Preben Morth, Maike Bublitz, Ole G. Mouritsen, Jan Egebjerg, Poul Nissen. Neurological disease mutations compromise a C-terminal ion pathway in the Na+/K+-ATPase. // Nature. V. 467. P. 99–102. 02 September 2010. Doi:10.1038/nature09309.

Натриево-калиевая помпа, функция, функции и значение

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..

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.

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..

  • 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
Читать еще:  Планировка сталинских квартир

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.

Читать еще:  Растворитель р 650

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.

Баланс калия и натрия в организме человека: чем он обеспечивается и что важно знать о калиево-натриевом насосе?

В организме много разных микроэлементов, но наличие двух из них, калия (К) и натрия (Na), обеспечивает самое важное – нормальную работу клетки, а именно – поставку в нее «кирпичиков» для строительства и вывоза «мусора» после строительства. Причем они работают одновременно, перемещаясь навстречу друг другу и составляя некую систему – постоянно действующую помпу – калиево-натриевый насос. Работа этого насоса происходит благодаря наличию особого белка, который расположен в мембране клетки, пронизывая всю ее толщину. Называется такой белок «натрий-калиевая АТФ-аза».

Зачем нужен такой насос? Его функция – постоянно накачивать ионы К внутрь клетки, одновременно выкачивать из нее ионы Na в межклеточное пространство.

Важно понимать, что при этом перемещение обоих ионов происходит против градиентов их концентраций. И осуществление таких неестественных функций возможно благодаря двум важнейшим свойствам внутримембранного белка:

1) он умеет «добывать» энергию, расщепляя АТФ (уникальный источник энергии в организме);
2) специализируется именно на связывании Na и K.

Значение калиево-натриевого насоса для жизни каждой клетки и организма в целом определяется тем, что непрерывное откачивание из клетки Na и нагнетание в нее K необходимо для осуществления многих жизненно важных процессов:

* осморегуляции и сохранения клеточного объема;
* поддержания разности потенциалов по обе стороны мембраны;
* поддержания электрической активности в нервных и мышечных клетках;
* активного транспорта через мембраны других веществ (сахаров, аминокислот);
* синтеза белка в клетке, обмена углеводов, осуществления фотосинтеза и других процессов по обеспечению жизни клетки.

Необходимо понимать, что работа насоса настолько важна, что примерно треть всей энергии, которую расходует клетка организма в состоянии покоя, затрачивается именно на поддержание работы калиево-натриевого насоса.

Таким образом, каждая клетка организма «дышит» вместе с взаимонаправленным движением К и Na, и если каким-либо внешним воздействием подавить это дыхание, то ионный состав внутреннего содержимого клетки начнет постепенно меняться – произойдет накопление натрия внутри клетки, и вымывание калия из клетки приведут к равновесию с ионным составом среды, окружающей клетку, после чего клетка погибает.

Именно поэтому важно рассматривать Na и К не как отдельные ионы, а в совокупности и неразрывности. Это два химических элемента-антипода, между которыми идет постоянная «борьба», и каждый из них тянет «одеяло на себя».

ВАЖНО. Na связывает воду, а K пытается вывести ее из клетки. Вот это движение «в клетку и из клетки» позволяет жидкости циркулировать из межклеточного пространства в клетку и обратно. А вместе с ней циркулируют и питательные вещества – внутрь, а из клетки – продукты жизнедеятельности клетки, создавая систему микронасосиков, которые в совокупности образуют единый насос и называются «калиево-натриевым насосом».

Но работать калиево-натриевый насос будет при условии определенного соотношения K и Na в организме.

Важно отметить, что тенденции последнего времени – избыток Na в человеческом организме, и в этом случае под угрозой находится благосостояние всего организма, в особенности сердечно-сосудистая система, работа мозга и работа мышц. Также нарушение баланса приводит к изменениям процессов белкового обмена, обмена жиров, углеводов, минералов и витаминов во всех органах и системах организма.

Так устроен наш организм, что он склонен удерживать Na (посредством ренин-ангиотезин-альдостероновой системы) и расходовать K. Именно поэтому организму проще пережить нехватку Na, чем его избыток. В случае понижения уровня Na в организме надпочечники (а точнее – кора надпочечников) начинают вырабатывать гормон альдостерон, под действием которого почки начинают снова поглощать доступный Na. И все восстанавливается.

К же постоянно выводится из организма с мочой, особенно в условиях стресса, при активных физических нагрузках и умственной работе.

Как это объяснить? Одна из теорий – у древних людей был неограниченный доступ к растительной пище, содержащей калий, и не было доступа к привычной нам поваренной соли. Именно поэтому избыток К выводится, а Na организм запасает с учетом эволюционной памяти.

В современных же условиях дела обстоят с точностью наоборот – поваренная соль (NaCl) используется в неограниченном количестве – ее мы добавляем в любое блюдо, употребляем в виде различных добавок, а количество сырых овощей и фруктов, содержащих K, в рационе современного человека значительно уменьшилось. Постоянные стрессовые ситуации только усугубляют проблему, поскольку способствуют выведению K и накоплению Na. Обладая мочегонным эффектом, K способствует выведению солевых излишков, которые не идут организму на пользу, Na же помогает накоплению продуктов метаболизма и задержке воды.

ВАЖНО. Одно из проявлений гипернатриемии в организме – повышение уровня артериального давления (АД) – относится к последствиям нарушения баланса K и Na в сторону последнего.

Также нужно принимать к сведению, что постоянно существующий избыток Na при недостатке K в организме коррелирует с повышением риска многих заболеваний, поскольку нарушается нормальная и сбалансированная работа любой клетки организма.

Читать еще:  Чем покрасить деревянный пол на открытой веранде

Калий: для чего нужен и как определить его дефицит?

К способствует нормальной работе органов и систем организма, поскольку помогает выведению из клеток продуктов их жизнедеятельности. При нехватке K страдает весь организм, но в первую очередь – нервная и мышечная системы. Человеку становится трудно передвигаться, начинаются перебои в работе сердечной мышцы.

Норма содержания К в крови здорового человека – 3,5–5,5 ммоль/л.

Уровень ниже 3,5 ммоль/л – это гипокалиемия. При этом состоянии наблюдаются следующие симптомы:

• повышенная утомляемость;
• сильные судороги в ногах;
• мышечная слабость;
• затруднения дыхания;
• нарушения сердечного ритма;
• запоры;
• тошнота;
• отечность лица и нижних конечностей;
• редкое мочеиспускание.

Как восстановить баланс K и Na в организме?

Лучшим способом поднять уровень калия и восстановить работу калиево-натриевого насоса в организме является употребление свежих продуктов растительного происхождения.

ВАЖНО. Чем интенсивнее нагрузки физического и умственного характера, тем больше человек должен употреблять K и меньше Na.

Основным способом поддерживать здоровое соотношение указанных элементов является питание. Источники K для организма приведены в таблице.

Суточная норма потребления K

Суточной нормой K для здорового взрослого человека считается около 2–3 граммов, а малышам нужно (в зависимости от возраста и массы тела) 16–30 мг этого вещества на каждый килограмм веса.
Естественно, что при активных умственных и физических нагрузках, беременности, а также несбалансированном рационе питания необходимость в калии существенно повышается. При этом стоит отметить, что хоть и небольшой, но все-таки недостаток K человек испытывает весной и, как правило, дефицит редко наблюдается осенью.

Суточная норма K, оптимальная для каждого конкретного человека, также зависит и от содержания в организме Na. Это связано с тем, что нормальный обмен веществ представляется возможным только в том случае, если между Na и K поддерживается соотношение 2/3 к 1.

Суточная норма Na

Для того чтобы человеческий организм нормально рос и развивался, нужно употреблять минимальную суточную норму Na каждый день. Получить суточную норму натрия 1–2 грамма можно благодаря поваренной или морской соли. Важно учитывать, что такие продукты, а также соевый соус, рассолы, квашеная капуста, мясной бульон и консервированное мясо тоже содержат наибольшее количество Na. Поэтому не нужно спешить подсаливать пищу.

Норма в крови взрослого человека – 123–140 ммоль/л.

Гипонатриемия (снижение уровня натрия менее 123 ммоль/л) случается довольно редко. Кроме того, важно помнить, что в организме человека, а именно в почках, заложен механизм сохранения натрия, поэтому дефицит может проявляться исключительно в жаркую погоду, когда натрий будет выводиться вместе с потом, при потреблении одновременно слишком большого количества жидкости, рвоте и диарее или полном исключении попадания натрия в организм.

1. Наш организм устроен таким образом, что К и Na работают во взаимодействии и образуют калиево-натриевый насос.

2. Эволюционно человек настроен на потерю K и сохранение Na.

3. Поэтому важно, чтобы в организм постоянно поступало в 2–3 раза больше K, чем Na.

Натриевый насос

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия . 1969—1978 .

Смотреть что такое «Натриевый насос» в других словарях:

натриевый насос первого контура ядерного реактора с натриевым теплоносителем — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN primary sodium pump … Справочник технического переводчика

Почки — важнейшие парные органы выделения позвоночных животных и человека, участвующие в водно солевом Гомеостазе, т. е. в поддержании постоянства концентрации осмотически активных веществ в жидкостях внутренней среды (см. Осморегуляция),… … Большая советская энциклопедия

По́чки — (renes) парный экскреторный и инкреторный орган, выполняющий посредством функции мочеобразования регуляцию химического гомеостаза организма. АНАТОМО ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЙ ОЧЕРК Почки расположены в забрюшинном пространстве (Забрюшинное пространство) на… … Медицинская энциклопедия

Активный транспорт ионов — (биологическое) передвижение в живых системах ионов (натрия, калия, магния, кальция и др.) через различные клеточные мембраны (например, нервных и мышечных клеток, эритроцитов и др.) против любого из градиентов концентрационного,… … Большая советская энциклопедия

Биоэлектрические потенциалы — электрические потенциалы, возникающие в тканях и отдельных клетках человека, животных и растений, важнейшие компоненты процессов возбуждения (См. Возбуждение) и торможения (См. Торможение). Исследование Б. п. имеет большое значение для… … Большая советская энциклопедия

Возбуждение — (биологическое) реакция живой клетки на раздражение, выработанная в процессе эволюции. При В. живая система переходит из состояния относительного физиологического покоя к деятельности (например, сокращение мышечного волокна, выделение… … Большая советская энциклопедия

Деполяризация — (биологическая) снижение существующей в покое разности потенциалов (так называемого потенциала покоя) между внутренней и наружной сторонами мембраны живой клетки. В нервных клетках и их отростках, а также в мышечных волокнах Д. один из… … Большая советская энциклопедия

Мембранная теория возбуждения — общепринятая в физиологии теория возбуждения мышечных и нервных клеток. Основа М. т. в. представление о том, что при раздражении возбудимой клетки в её поверхностной мембране происходит молекулярная перестройка, которая приводит к… … Большая советская энциклопедия

Мышечное сокращение — укорочение мышцы, в результате которого она производит механическую работу. М. с. обеспечивает способность животных и человека к произвольным движениям. Наиболее важная составная часть мышечной ткани (См. Мышечная ткань) белки (16,5… … Большая советская энциклопедия

Поляризация — (франц. polarisation, первоисточник: греч. pólos ось, полюс) биоэлектоическая, возникновение двойного электрического слоя на границе между наружной средой и содержимым живой клетки; при этом наружная поверхность клетки в состоянии покоя… … Большая советская энциклопедия

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector