Pompa sodowo-potasowa - Polski Serwis Naukowy

Schemat budowy

Schemat działania. Kółka fioletowe – jony Na, kółka niebieskie – jony K

Schemat działania

Pompa sodowo-potasowa (ATP-aza Na-K, Numer EC 3.6.3.9 w bazie Enzyme nomenclature database) – enzym białkowy uczestniczący w aktywnym transporcie kationów sodu (Na) i potasu (K). Ma on podstawowe znaczenie dla komórek zwierzęcych, utrzymując potencjał błonowy i objętość komórki. Za badania nad tą cząsteczką Jens C. Skou otrzymał nagrodę Nobla z chemii w 1997 r.

Hydroliza - reakcja chemiczna polegająca na rozpadzie cząsteczek związku chemicznego na dwa lub więcej mniejszych fragmentów w reakcji z wodą lub parą wodną. W przypadku soli jonowych przez hydrolizę rozumie się zbiór wtórnych reakcji jonów powstałych w wyniku solwolizy tej soli, które niekiedy prowadzą do zmiany pH środowiska.

Glukoza (dokładniej: D-glukoza), C6H12O6 – węglowodan należący do cukrów prostych z grupy aldoheksoz. Jest białym, drobnokrystalicznym ciałem stałym, z roztworów wodnych łatwo krystalizuje jako monohydrat. Bardzo dobrze rozpuszczalna w wodzie (nie zmienia pH roztworu), nierozpuszczalna w etanolu. Ma słodki smak, nieco mniej intensywny od sacharozy.

Pompa sodowo-potasowa składa się z dwóch rodzajów podjednostek: α (112 kDa) i β (35 kDa) tworzących w błonie komórkowej heterotetramer 2α2β. Miejsce wiązania ATP znajduje się na podjednostce α. Na tej podjednostce, na powierzchni skierowanej do środowiska zewnątrzkomórkowego, znajdują się również miejsca wiązania dla steroidów kardiotonicznych (np.: digitoksygeniny), które hamują aktywność pompy przez blokowanie defosforylacji.

Enzymy – wielkocząsteczkowe, w większości białkowe [uwaga 1] katalizatory przyspieszające specyficzne reakcje chemiczne poprzez obniżenie ich energii aktywacji [1].

Syntaza ATP, syntetaza ATP – (EC 3.6.3.14) enzym katalizujący reakcję wytwarzania związku wysokoenergetycznego – ATP z ADP i fosforanu nieorganicznego Pi. Energia niezbędna do syntezy pochodzi z gradientu elektrochemicznego i przekształcana jest w energię wiązań chemicznych podczas transportu protonów przez syntazę ATP.

Siłą napędową tego enzymu, potrzebną do pompowania jonów sodu i potasu, jest hydroliza ATP. ATP-aza Na-K jest fosforylowana przez ATP w obecności jonów sodu i magnezu. Do podjednostki α, która jest związana z ATP, wiązane są trzy jony sodu. Następnie ATP ulega hydrolizie, a zmiana konformacji białka pozwala na przetransportowanie jonów sodu na zewnątrz komórki, gdzie zostają uwolnione z kompleksu. Następuje tu związanie dwóch jonów potasu, a następnie defosforylacja - wywołująca ponowną zmianę konformacji, pozwalającą na przeniesienie jonów potasu do wnętrza komórki. Tu uwolnienie jonów następuje po przyłączeniu cząsteczki ATP.

Jon – atom lub grupa atomów połączonych wiązaniami chemicznymi, która ma niedomiar lub nadmiar elektronów w stosunku do protonów. Obojętne elektrycznie atomy i cząsteczki związków chemicznych posiadają równą liczbę elektronów i protonów, jony zaś są elektrycznie naładowane dodatnio lub ujemnie.

Receptor acetylocholinowy (AChR) jest to receptor jonotropowy umieszczony w błonie komórkowej. Zadaniem receptora jest przepuszczanie jonów sodu (Na+) i potasu (K+), zatem stanowi on rodzaj kanału jonowego.

Fosforylacja zależna od Na i defosforylacja zależna od K są krytycznymi reakcjami enzymu. Cykl enzymatyczny trwa 10 ms. Tak więc pojedyncza pompa, pracując przy maksymalnej prędkości (100 obrotów na s), transportuje w ciągu sekundy 300 jonów Na i 200 jonów K. Gradient sodowo-potasowy wytwarzany dzięki enzymatycznej aktywności ATP-azy Na-K:

Dwutlenek węgla (CO2, nazwa systematyczna: ditlenek węgla lub tlenek węgla(IV)) – nieorganiczny związek chemiczny, tlenek węgla na IV stopniu utlenienia.

Fosforylacja (biochemia) - proces endoenergetyczny polegający na przyłączeniu do białka reszty fosforanowej, przeprowadzany przez enzymy zwane kinazami, zużywające energię zgromadzoną w ATP. Ogólny schemat reakcji przestawia się następująco:

kontroluje objętość komórki;

jest niezbędny dla pobudzenia nerwów i mięśni;

jest siłą napędową transportu aktywnego cukrów oraz aminokwasów.

Działanie pompy wymaga:

stałego dopływu glukozy i tlenu

ciągłej syntezy ATP

zachowania temperatury ok. 37 °C

odprowadzania CO2

odpowiedniego stężenia jonów Mg

odpowiedniego stężenia jonów Na i K

Zatrzymanie pompy prowadzi do:

zmian składu płynu wewnątrzkomórkowego

zmian składu płynu zewnątrzkomórkowego, w którym stężenie jonów Na zmniejsza się i zwiększa stężenie jonów K

utraty przez komórki specyficznych właściwości

braku reakcji komórek na bodźce i do ich niepobudliwości.

Zobacz też

receptor acetylocholinowy

Przypisy

↑ Lubert Stryer: Biochemia. Wyd. 1. Warszawa: PWN, 1986, s. 870-876. ISBN 83-01-00140-2.