ناقل Na+/K+-ATPase والحفاظ على تدرج الأيونات

إن ناقل Na+/K+-ATPase، أو مضخة الصوديوم والبوتاسيوم، هو ناقل الغشاء الذي يحافظ على تدرجات الأيونات التي تكمن وراء جهد الراحة. باستخدام الطاقة الناتجة عن حلمهة ATP، فإنه ينقل الصوديوم خارج الخلية والبوتاسيوم داخلها ضد تدرجات تركيزهما، مما يعاكس التسرب السلبي الذي من شأنه أن يبددها لولا ذلك.

Definition

ناقل Na+/K+-ATPase هو ناقل ATPases من النوع P مدمج في الغشاء، يقوم بحلمهة جزيء ATP واحد لتصدير ثلاثة أيونات صوديوم واستيراد أيونين بوتاسيوم في كل دورة، محافظًا بنشاط على تدرجات الصوديوم والبوتاسيوم عبر الغشاء في الخلايا الحيوانية.

Scope

يغطي هذا الموضوع قياس اتحادية النقل للمضخة، واعتمادها على ATP، ومساهمتها المولدة للكهرباء في جهد الغشاء، ودورها في الحفاظ على استقرار تدرجات الصوديوم والبوتاسيوم. كما يشير إلى كيفية ربط المضخة لإمداد الطاقة الخلوية بالاستثارة. يتم تناول التدفق السلبي بوساطة القنوات تحت موضوع النفاذية.

Core questions

• ماذا تنقل مضخة الصوديوم والبوتاسيوم، وبأي نسبة؟
• كيف تستخدم المضخة ATP لنقل الأيونات ضد تدرجاتها؟
• لماذا توصف المضخة بأنها مولدة للكهرباء، وما مدى تأثيرها المباشر على جهد الغشاء؟

Key concepts

• النقل النشط الأولي
• قياس اتحادية 3 Na+ خارج / 2 K+ داخل
• دورة حلمهة ATP والفسفرة
• النقل المولد للكهرباء
• ناقل ATPases من النوع P
• الحفاظ على التدرج ضد التسرب السلبي

Key theories

الحفاظ على التدرجات الأيونية بالنقل النشط

إن تدرجات الأيونات المستقرة التي تحدد جهد الراحة ليست ذاتية الاستدامة؛ يستخدم ناقل Na+/K+-ATPase الطاقة الأيضية لضخ الصوديوم خارج الخلية والبوتاسيوم داخلها، مما يعوض التسرب السلبي المستمر حتى تستمر التدرجات في الخلية الحية.

Mechanisms

ترتبط المضخة بثلاثة أيونات صوديوم داخل خلوية وجزيء ATP، ثم تتفسفر، وتغير شكلها لإطلاق الصوديوم خارج الخلية؛ ثم ترتبط بأيونين بوتاسيوم خارج خلويين، وتُزال فسفرتها، وتعود إلى شكلها الأصلي لإطلاق البوتاسيوم داخل الخلية. ولأنها تصدر ثلاث شحنات موجبة مقابل كل شحنتين تستوردهما، فإن كل دورة تنقل شحنة موجبة صافية خارج الخلية، مما يجعل المضخة مولدة للكهرباء وتساهم بمكون صغير مفرط الاستقطاب في جهد الغشاء، كما استعرض توماس (1972). ومع ذلك، فإن دورها الرئيسي هو تجديد تدرجات الصوديوم والبوتاسيوم التي يؤدي تسرب القنوات السلبي إلى تآكلها باستمرار؛ وقد حدد سكو (1957) لأول مرة ناقل ATPases المسؤول، ثم قام مورث وزملاؤه (2007) لاحقًا بتحديد بنيته البلورية. ولأن المضخة تستهلك ATP، فإن الحفاظ على التدرج يربط حالة الراحة بإمداد الخلية بالطاقة.

Clinical relevance

نظرًا لأن المضخة تحافظ على التدرجات التي تعتمد عليها الاستثارة، فإن الحالات التي تضعف وظيفتها أو إمدادها بالطاقة يمكن أن تغير سلوك الغشاء، وتعد المضخة الهدف الجزيئي للغليكوزيدات القلبية. يصف هذا المدخل تلك الآليات كخلفية فسيولوجية وصيدلانية ولا يقدم أي نصائح للجرعات أو العلاج.

Evidence & guidelines

إن وجود المضخة، وقياس اتحاديتها، وبنيتها مثبتة بواسطة الكيمياء الحيوية، والفيزيولوجيا الكهربائية، وعلم البلورات، وهي فسيولوجيا قياسية في الكتب المدرسية؛ والموضوع هو مادة مرجعية ميكانيكية وليست محتوى إرشاديًا.

History

حدد ينس كريستيان سكو إنزيمًا محللًا لـ ATP ينشط بواسطة الصوديوم والبوتاسيوم في عصب سرطان البحر عام 1957، وهو العمل الذي شارك بسببه لاحقًا في جائزة نوبل في الكيمياء. تميزت المساهمة المولدة للكهرباء للمضخة خلال الستينيات واستعرضها توماس (1972)، وتم تحديد بنيتها الجزيئية بواسطة حيود الأشعة السينية من قبل مورث وزملاؤه (2007).

Key figures

• Jens Christian Skou
• Roger C. Thomas
• Poul Nissen

Seminal works

• skou-1957
• thomas-1972
• morth-2007

Frequently asked questions

ماذا تفعل مضخة الصوديوم والبوتاسيوم؟

تستخدم الطاقة من ATP لنقل ثلاثة أيونات صوديوم خارج الخلية وأيونين بوتاسيوم داخلها في كل دورة، مما يحافظ على تدرجات الأيونات التي كان التسرب السلبي عبر الغشاء سيبددها لولا ذلك.

هل المضخة نفسها تخلق جهد الراحة؟

بشكل غير مباشر في الغالب. يأتي جهد الراحة من انتشار الأيونات عبر قنوات انتقائية أسفل التدرجات التي تحافظ عليها المضخة؛ كما تضيف المضخة جهدًا صغيرًا مباشرًا مفرط الاستقطاب لأنها تصدر شحنة موجبة صافية.