Na+/K+-ATPase et maintien du gradient ionique

La Na+/K+-ATPase, ou pompe sodium-potassium, est le transporteur membranaire qui maintient les gradients ioniques sous-jacents au potentiel de repos. En utilisant l'énergie de l'hydrolyse de l'ATP, elle déplace le sodium hors de la cellule et le potassium à l'intérieur, à l'encontre de leurs gradients de concentration, contrecarrant ainsi la fuite passive qui les dissiperait autrement.

Definition

La Na+/K+-ATPase est une ATPase de type P intégrale de la membrane qui hydrolyse une molécule d'ATP pour exporter trois ions sodium et importer deux ions potassium par cycle, maintenant activement les gradients transmembranaires de sodium et de potassium des cellules animales.

Scope

Ce sujet aborde la stœchiométrie de transport de la pompe, sa dépendance à l'ATP, sa contribution électrogène au potentiel de membrane, et son rôle dans le maintien de la stabilité des gradients de sodium et de potassium. Il est également noté comment la pompe lie l'approvisionnement énergétique cellulaire à l'excitabilité. Le flux passif médiatisé par les canaux est traité dans le sujet de la perméabilité.

Core questions

• Que transporte la pompe sodium-potassium, et dans quel rapport ?
• Comment la pompe utilise-t-elle l'ATP pour déplacer les ions contre leurs gradients ?
• Pourquoi la pompe est-elle décrite comme électrogène, et quelle est l'ampleur de son effet direct sur le potentiel de membrane ?

Key concepts

• Transport actif primaire
• Stœchiométrie 3 Na+ sortants / 2 K+ entrants
• Cycle d'hydrolyse de l'ATP et de phosphorylation
• Transport électrogène
• ATPase de type P
• Maintien du gradient contre la fuite passive

Key theories

Maintien des gradients ioniques par transport actif

Les gradients ioniques stables qui établissent le potentiel de repos ne sont pas auto-entretenus ; la Na+/K+-ATPase utilise l'énergie métabolique pour pomper le sodium vers l'extérieur et le potassium vers l'intérieur, compensant la fuite passive continue afin que les gradients persistent dans la cellule vivante.

Mechanisms

La pompe lie trois ions sodium intracellulaires et l'ATP, se phosphoryle et change de conformation pour libérer le sodium à l'extérieur ; elle lie ensuite deux ions potassium extracellulaires, est déphosphorylée et retrouve sa conformation originale pour libérer le potassium à l'intérieur. Parce qu'elle exporte trois charges positives pour deux qu'elle importe, chaque cycle déplace une charge positive nette hors de la cellule, rendant la pompe électrogène et contribuant à une petite composante hyperpolarisante du potentiel de membrane, comme l'a examiné Thomas (1972). Son rôle principal, cependant, est de reconstituer les gradients de sodium et de potassium que la fuite passive des canaux érode continuellement ; Skou (1957) a identifié pour la première fois l'ATPase responsable, et Morth et ses collègues (2007) ont ensuite résolu sa structure cristalline. Étant donné que la pompe consomme de l'ATP, le maintien du gradient lie l'état de repos à l'approvisionnement énergétique de la cellule.

Clinical relevance

Étant donné que la pompe maintient les gradients dont dépend l'excitabilité, les conditions qui altèrent sa fonction ou son approvisionnement énergétique peuvent modifier le comportement membranaire, et la pompe est la cible moléculaire des glycosides cardiaques. Cette entrée décrit ces mécanismes comme des notions de base en physiologie et en pharmacologie et ne fournit aucun conseil de dosage ou de traitement.

Evidence & guidelines

L'existence, la stœchiométrie et la structure de la pompe sont établies par la biochimie, l'électrophysiologie et la cristallographie et constituent une physiologie de manuel standard ; le sujet est un matériel de référence mécanistique plutôt qu'un contenu de ligne directrice.

History

Jens Christian Skou a identifié une enzyme hydrolysant l'ATP, activée par le sodium et le potassium, dans le nerf de crabe en 1957, travail pour lequel il a ensuite partagé le prix Nobel de chimie. La contribution électrogène de la pompe a été caractérisée tout au long des années 1960 et examinée par Thomas (1972), et son architecture moléculaire a été résolue par cristallographie aux rayons X par Morth et ses collègues (2007).

Key figures

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

Seminal works

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

Frequently asked questions

Que fait la pompe sodium-potassium ?

Elle utilise l'énergie de l'ATP pour déplacer trois ions sodium hors de la cellule et deux ions potassium à l'intérieur par cycle, maintenant les gradients ioniques que la fuite passive à travers la membrane dissiperait autrement.

La pompe elle-même crée-t-elle le potentiel de repos ?

Principalement indirectement. Le potentiel de repos provient des ions diffusant à travers des canaux sélectifs selon les gradients que la pompe maintient ; la pompe ajoute également une petite tension hyperpolarisante directe car elle exporte une charge positive nette.