Na+/K+-ATPase và Duy trì Gradient Ion

Na+/K+-ATPase, hay bơm natri-kali, là chất vận chuyển màng duy trì các gradient ion làm nền tảng cho điện thế nghỉ. Sử dụng năng lượng từ quá trình thủy phân ATP, nó vận chuyển natri ra khỏi tế bào và kali vào trong tế bào ngược lại gradient nồng độ của chúng, chống lại sự rò rỉ thụ động mà nếu không có nó thì các gradient này sẽ bị tiêu tan.

Definition

Na+/K+-ATPase là một ATPase loại P xuyên màng tích hợp, thủy phân một ATP để xuất ba ion natri và nhập hai ion kali mỗi chu kỳ, tích cực duy trì các gradient natri và kali xuyên màng của tế bào động vật.

Scope

Chủ đề này bao gồm tỷ lệ vận chuyển của bơm, sự phụ thuộc của nó vào ATP, sự đóng góp điện sinh học của nó vào điện thế màng, và vai trò của nó trong việc duy trì ổn định các gradient natri và kali. Nó cũng đề cập đến cách bơm liên kết nguồn cung cấp năng lượng tế bào với tính kích thích. Dòng chảy thụ động qua kênh được đề cập trong chủ đề về tính thấm.

Core questions

• Bơm natri-kali vận chuyển gì và theo tỷ lệ nào?
• Bơm sử dụng ATP để di chuyển ion ngược gradient của chúng như thế nào?
• Tại sao bơm được mô tả là điện sinh học, và ảnh hưởng trực tiếp của nó đến điện thế màng lớn đến mức nào?

Key concepts

• Vận chuyển chủ động sơ cấp
• Tỷ lệ 3 Na+ ra / 2 K+ vào
• Thủy phân ATP và chu trình phosphoryl hóa
• Vận chuyển điện sinh học
• ATPase loại P
• Duy trì gradient chống lại sự rò rỉ thụ động

Key theories

Duy trì gradient ion bằng vận chuyển chủ động

Các gradient ion ổn định thiết lập điện thế nghỉ không tự duy trì; Na+/K+-ATPase sử dụng năng lượng trao đổi chất để bơm natri ra và kali vào, bù đắp sự rò rỉ thụ động liên tục để các gradient tồn tại trong tế bào sống.

Mechanisms

Bơm liên kết ba ion natri nội bào và ATP, bị phosphoryl hóa, và thay đổi cấu hình để giải phóng natri ra bên ngoài; sau đó nó liên kết hai ion kali ngoại bào, bị khử phosphoryl hóa, và trở lại cấu hình ban đầu để giải phóng kali vào bên trong. Bởi vì nó xuất ba điện tích dương cho mỗi hai điện tích dương mà nó nhập vào, mỗi chu kỳ di chuyển điện tích dương ròng ra khỏi tế bào, làm cho bơm có tính điện sinh học và đóng góp một thành phần siêu phân cực nhỏ vào điện thế màng, như Thomas (1972) đã đánh giá. Tuy nhiên, vai trò chính của nó là bổ sung các gradient natri và kali mà sự rò rỉ kênh thụ động liên tục làm suy yếu; Skou (1957) lần đầu tiên xác định ATPase chịu trách nhiệm, và Morth cùng các cộng sự (2007) sau đó đã giải quyết cấu trúc tinh thể của nó. Bởi vì bơm tiêu thụ ATP, việc duy trì gradient liên kết trạng thái nghỉ với nguồn cung cấp năng lượng của tế bào.

Clinical relevance

Bởi vì bơm duy trì các gradient mà tính kích thích phụ thuộc vào, các tình trạng làm suy yếu chức năng hoặc nguồn cung cấp năng lượng của nó có thể làm thay đổi hành vi của màng, và bơm là mục tiêu phân tử của các glycoside tim. Mục này mô tả các cơ chế đó như là nền tảng sinh lý học và dược lý học và không đưa ra lời khuyên về liều lượng hoặc điều trị.

Evidence & guidelines

Sự tồn tại, tỷ lệ và cấu trúc của bơm được xác lập bởi hóa sinh, điện sinh lý học và tinh thể học và là sinh lý học sách giáo khoa tiêu chuẩn; chủ đề này là tài liệu tham khảo cơ chế hơn là nội dung hướng dẫn.

History

Jens Christian Skou đã xác định một enzyme thủy phân ATP được kích hoạt bởi natri và kali trong dây thần kinh cua vào năm 1957, công trình mà sau này ông đã chia sẻ giải Nobel Hóa học. Sự đóng góp điện sinh học của bơm đã được mô tả trong suốt những năm 1960 và được Thomas (1972) đánh giá, và kiến trúc phân tử của nó đã được giải quyết bằng phương pháp tinh thể học tia X bởi Morth và các cộng sự (2007).

Key figures

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

Seminal works

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

Frequently asked questions

Bơm natri-kali làm gì?

Nó sử dụng năng lượng từ ATP để di chuyển ba ion natri ra khỏi tế bào và hai ion kali vào trong mỗi chu kỳ, duy trì các gradient ion mà nếu không có nó thì sự rò rỉ thụ động qua màng sẽ làm tiêu tan.

Bơm tự tạo ra điện thế nghỉ phải không?

Chủ yếu là gián tiếp. Điện thế nghỉ đến từ các ion khuếch tán qua các kênh chọn lọc theo gradient mà bơm duy trì; bơm cũng bổ sung một điện áp siêu phân cực trực tiếp nhỏ vì nó xuất điện tích dương ròng.