Na+/K+-ATPase و حفظ گرادیان یونی

Na+/K+-ATPase، یا پمپ سدیم-پتاسیم، ناقل غشایی است که گرادیان‌های یونی زیربنای پتانسیل استراحت را حفظ می‌کند. این پمپ با استفاده از انرژی حاصل از هیدرولیز ATP، سدیم را به خارج از سلول و پتاسیم را به داخل سلول، برخلاف گرادیان غلظت آن‌ها، منتقل می‌کند و با نشت غیرفعالی که در غیر این صورت این گرادیان‌ها را از بین می‌برد، مقابله می‌کند.

Definition

Na+/K+-ATPase یک P-type ATPase غشایی یکپارچه است که در هر چرخه یک ATP را هیدرولیز می‌کند تا سه یون سدیم را به خارج و دو یون پتاسیم را به داخل منتقل کند و به طور فعال گرادیان‌های سدیم و پتاسیم عرض غشایی سلول‌های حیوانی را حفظ می‌کند.

Scope

این موضوع شامل استوکیومتری انتقال پمپ، وابستگی آن به ATP، سهم الکتروژنیک آن در پتانسیل غشاء، و نقش آن در پایدار نگه داشتن گرادیان‌های سدیم و پتاسیم است. همچنین به چگونگی ارتباط پمپ بین تأمین انرژی سلولی و تحریک‌پذیری اشاره می‌کند. شار غیرفعال با واسطه کانال در موضوع نفوذپذیری بررسی می‌شود.

Core questions

• پمپ سدیم-پتاسیم چه چیزی را و با چه نسبتی انتقال می‌دهد؟
• پمپ چگونه از ATP برای حرکت یون‌ها برخلاف گرادیان‌هایشان استفاده می‌کند؟
• چرا پمپ الکتروژنیک توصیف می‌شود و تأثیر مستقیم آن بر پتانسیل غشاء چقدر است؟

Key concepts

• انتقال فعال اولیه
• استوکیومتری 3 Na+ به خارج / 2 K+ به داخل
• چرخه هیدرولیز ATP و فسفریلاسیون
• انتقال الکتروژنیک
• P-type ATPase
• حفظ گرادیان در برابر نشت غیرفعال

Key theories

حفظ گرادیان‌های یونی با انتقال فعال

گرادیان‌های یونی پایداری که پتانسیل استراحت را تعیین می‌کنند، خودپایدار نیستند؛ Na+/K+-ATPase از انرژی متابولیک برای پمپ کردن سدیم به خارج و پتاسیم به داخل استفاده می‌کند و نشت غیرفعال مداوم را جبران می‌کند تا گرادیان‌ها در سلول زنده باقی بمانند.

Mechanisms

پمپ سه یون سدیم درون‌سلولی و ATP را متصل می‌کند، فسفریله می‌شود و تغییر شکل می‌دهد تا سدیم را به خارج آزاد کند؛ سپس دو یون پتاسیم برون‌سلولی را متصل می‌کند، دفوسفریله می‌شود و به شکل اولیه خود بازمی‌گردد تا پتاسیم را به داخل آزاد کند. از آنجا که در هر چرخه سه بار مثبت را به خارج و دو بار مثبت را به داخل منتقل می‌کند، هر چرخه بار مثبت خالص را از سلول خارج می‌کند و پمپ را الکتروژنیک می‌سازد و یک جزء هایپرپولاریزان کوچک به پتانسیل غشاء اضافه می‌کند، همانطور که توماس (1972) بررسی کرده است. با این حال، نقش اصلی آن، پر کردن مجدد گرادیان‌های سدیم و پتاسیم است که نشت کانال غیرفعال به طور مداوم آن‌ها را از بین می‌برد؛ اسکو (1957) برای اولین بار ATPase مسئول را شناسایی کرد و مورت و همکاران (2007) بعداً ساختار بلوری آن را حل کردند. از آنجا که پمپ ATP مصرف می‌کند، حفظ گرادیان‌ها حالت استراحت را به تأمین انرژی سلول گره می‌زند.

Clinical relevance

از آنجا که پمپ گرادیان‌هایی را که تحریک‌پذیری به آن‌ها وابسته است، حفظ می‌کند، شرایطی که عملکرد یا تأمین انرژی آن را مختل می‌کنند، می‌توانند رفتار غشاء را تغییر دهند، و پمپ هدف مولکولی گلیکوزیدهای قلبی است. این مدخل این مکانیسم‌ها را به عنوان پیش‌زمینه فیزیولوژی و فارماکولوژی توصیف می‌کند و هیچ توصیه دوز یا درمانی ارائه نمی‌دهد.

Evidence & guidelines

وجود، استوکیومتری و ساختار پمپ توسط بیوشیمی، الکتروفیزیولوژی و کریستالوگرافی اثبات شده و فیزیولوژی استاندارد کتاب‌های درسی است؛ این موضوع بیشتر یک ماده مرجع مکانیکی است تا محتوای دستورالعمل.

History

جنس کریستین اسکو در سال 1957 آنزیمی را که ATP را هیدرولیز می‌کرد و توسط سدیم و پتاسیم در عصب خرچنگ فعال می‌شد، شناسایی کرد، کاری که بعدها به خاطر آن جایزه نوبل شیمی را به اشتراک گذاشت. سهم الکتروژنیک پمپ در طول دهه 1960 مشخص شد و توسط توماس (1972) بررسی گردید، و معماری مولکولی آن توسط کریستالوگرافی اشعه ایکس توسط مورت و همکاران (2007) حل شد.

Key figures

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

Seminal works

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

Frequently asked questions

پمپ سدیم-پتاسیم چه کاری انجام می‌دهد؟

این پمپ از انرژی ATP برای انتقال سه یون سدیم به خارج از سلول و دو یون پتاسیم به داخل در هر چرخه استفاده می‌کند و گرادیان‌های یونی را که در غیر این صورت نشت غیرفعال از طریق غشاء آن‌ها را از بین می‌برد، حفظ می‌کند.

آیا خود پمپ پتانسیل استراحت را ایجاد می‌کند؟

بیشتر به طور غیرمستقیم. پتانسیل استراحت از انتشار یون‌ها از طریق کانال‌های انتخابی و در امتداد گرادیان‌هایی که پمپ حفظ می‌کند، ناشی می‌شود؛ پمپ همچنین یک ولتاژ هایپرپولاریزان مستقیم کوچک را اضافه می‌کند زیرا بار مثبت خالص را به خارج منتقل می‌کند.