SODYUM POTASYUM POMPASI: YAPISI, IŞLEVI, MEKANIZMASI, ÖNEMI - BIYOLOJI - 2025

Sodyum, potasyum, pompa molekülü bir çok hücre membranları içinde mevcut ve konsantrasyon değişim ölçülerine karşı iyonları ve diğer küçük moleküller, aktif taşınmasından sorumlu olan daha geniş bir dizi dahil bir protein yapıdır. ATP'nin hidrolizi ile açığa çıkan enerjiyi kullanırlar ve bu nedenle genel olarak ATPazlar olarak adlandırılırlar.

Sodyum potasyum pompası bir Na + / K + ATPase'dir, çünkü potasyum katarken sodyumun hücrenin içinden dışına taşınması için ATP molekülünde bulunan enerjiyi serbest bırakır.

Sodyum potasyum pompasının şeması. Hücrenin dışı ve içi. (Kaynak: Miguelferig, Wikimedia Commons aracılığıyla)

Hücrenin içinde, sodyum dışarıdan (142 mEq / L) daha az konsantredir (12 mEq / L), potasyum ise dışarıda (4 mEq / L) içeriye (140 mEq / L) göre daha konsantredir.

ATPase pompaları üç büyük gruba ayrılır:

• Tip F ve V iyon pompaları : Oldukça karmaşık yapılardır, 3 farklı tipte transmembran alt birimden ve sitozolde 5 adede kadar ilişkili polipeptitten oluşabilir. Proton taşıyıcıları olarak işlev görürler.
• Üst Familya ABC ( A ayrılmış, B INDING C assette = ATP bağlayıcı kaset): 100'den proteinlerden yapılan iyonları, monosakkaritler, polisakkaritler, polipeptitler ve hatta diğer proteinlerin taşıyıcı olarak çalışabildiği.
  
• P sınıfı iyon bombaları : ATP için bir bağlanma yerine ve küçük bir β alt birimine sahip en az bir katalitik transmembran alfa alt biriminden oluşur. Taşıma işlemi sırasında a alt birimi fosforillenir ve dolayısıyla adı "P" olur.

Sodyum potasyum pompası (Na + / K + ATPase) P sınıfı iyonik pompalar grubuna aittir ve 1957'de Danimarkalı bir araştırmacı olan Jens Skou tarafından, anestetiklerin yengeç sinirleri üzerindeki etki mekanizmasını incelerken keşfedilmiştir. (Carcinus maenas); 1997 yılında Nobel Kimya Ödülü'ne layık görüldü.

Potasyum sodyum pompası. NaKpompe2.jpg: Fr.wikipediaderivative çalışmasında Phi-Gastrein: sonia / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)

Sodyum potasyum pompasının yapısı

Sodyum potasyum pompası, kuaterner yapısı açısından 2 alfa (α) ve iki beta (β) tipi protein alt biriminden oluşan bir enzimdir.

Bu nedenle, alt birimleri bütünleşik zar proteinleri olan, yani lipit çift tabakasını geçen ve hem sitozolik hem de içi-sitozolik alanlara sahip olan a2β2 tipi bir tetramerdir.

Potasyum pompasının alfa ve beta alt birimleri. Rob Cowie / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)

Alfa alt birimleri

A alt birimleri, ATP ve Na + ve K + iyonları için bağlanma bölgelerini içeren ve enzimin katalitik bileşenini ve pompanın kendi işlevini yerine getiren birimdir.

A alt birimleri, 120 kDa'lık bir moleküler ağırlığa, 10 transmembran segmente ve sitosolik tarafta bulunan N- ve C-terminallerine sahip büyük polipeptidlerdir.

Hücre içi tarafta, ATP ve Na + için bağlanma bölgelerinin yanı sıra, pompa aktivasyonu sırasında fosforilasyon sürecinden geçen bölgeyi temsil eden 376 pozisyonunda bir aspartat kalıntısına sahiptirler.

K + için bağlanma sahası hücre dışı tarafta görünmektedir.

Beta alt birimleri

Β alt birimlerinin pompalama işlevine doğrudan katılımı yok gibi görünmektedir, ancak bunların yokluğunda bu işlev gerçekleşmez.

P alt birimlerinin her biri yaklaşık 55 kDa'lık bir moleküler ağırlığa sahiptir ve karbonhidrat kalıntıları hücre dışı bölgeye eklenen tek bir zar ötesi etki alanına sahip glikoproteinlerdir.

Bunlar, α alt birimlerinin düzgün katlanmasına katkıda bulunacakları endoplazmik retikulumda ve daha sonra, kompleksi stabilize etmek için membran seviyesinde gerekli görünmektedir.

Her iki alt birim türü de heterojendir ve biri için α1, α2 ve α3 izoformları ve diğeri için β1, β2 ve β3 tanımlanmıştır. Α1 çoğu hücrenin zarında bulunurken, α2 kas, kalp, yağ dokusu ve beyinde bulunur ve α3 kalp ve beyinde bulunur.

Β1 izoformu en yaygın dağılıma sahiptir, ancak iç kulağın vestibüler hücreleri ve hızlı yanıt veren glikolitik kas hücreleri gibi bazı dokularda bulunmaz. İkincisi yalnızca β2 içerir.

Na + / K + pompasını farklı dokularda oluşturan alt birimlerin farklı yapıları, henüz aydınlatılmamış fonksiyonel uzmanlaşmalardan kaynaklanıyor olabilir.

Potasyum pompası işlevi

Plazma zarı, dikkate alınan herhangi bir an için, bir hücrenin iç kısmına karşılık gelen bölme ile içine daldırıldığı hücre dışı sıvıyı temsil eden bölme arasında bir ayırma sınırı oluşturur.

Her iki bölme de niteliksel olarak farklı olabilen bir bileşime sahiptir, çünkü hücrelerin içinde onların dışında bulunmayan maddeler vardır ve hücre dışı sıvı hücre içinde bulunmayan maddeler içerir.

Her iki bölmede de bulunan maddeler farklı konsantrasyonlarda bulunabilir ve bu farklılıklar fizyolojik öneme sahip olabilir. Pek çok iyonda durum böyledir.

Homeostazın bakımı

Na + / K + pompası, sodyum ve potasyum iyonlarının konsantrasyonlarını kontrol ederek hücre içi homeostazın korunmasında temel bir rol oynar. Homeostazın bu bakımı aşağıdakiler sayesinde sağlanır:

• İyon taşınması : sodyum iyonlarını sokar ve potasyum iyonlarını dışarı atar; bu, diğer moleküllerin hareketini diğer taşıyıcılar yoluyla da bu iyonların elektrik yüküne veya iç konsantrasyonuna bağlı olarak yönlendirir.
• Hücre hacminin kontrolü : İyonların girmesi veya çıkması aynı zamanda hücre içindeki su hareketlerini de ifade eder, böylece pompa hücre hacminin kontrolüne katılır.
• Membran potansiyelinin oluşturulması : eklenen her 2 potasyum iyonu için 3 sodyum iyonunun dışarı atılması, zarın içte negatif yüklü kalmasına neden olur, bu da hücrenin içi ve dışı arasındaki yüklerde bir fark yaratır. Bu fark dinlenme potansiyeli olarak bilinir.

Na + hücre dışı konsantrasyonu yaklaşık 142 mEq / L iken hücre içi konsantrasyonu sadece 12 mEq / L'dir; Öte yandan K +, hücrenin içinde (140 mEq / L), hücrenin dışından (4 mEq / L) daha yoğunlaşmıştır.

Bu iyonların elektrik yükleri, zardan geçişlerine izin vermese de, buna (seçici olarak) izin veren iyon kanalları vardır; bu, bu iyonları normalde hareket ettiren kuvvetler de mevcutsa, hareketi teşvik eder.

Bununla birlikte, konsantrasyondaki bu farklılıklar organizmanın homeostazının korunmasında büyük önem taşımaktadır ve kaybedilirse önemli organik değişiklikler üretecek bir tür denge içinde muhafaza edilmelidir.

Sodyum potasyum difüzyonu ve pompası (Kaynak: BruceBlaus. Bu görüntüyü harici kaynaklarda kullanırken şu şekilde alıntı yapılabilir: Blausen.com personeli (2014). «Blausen Medical 2014 Tıbbi galeri». WikiJournal of Medicine 1 (2) DOI: 10.15347 / wjm / 2014.010. ISSN 2002-4436. Türev, Mikael Häggström / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0), Wikimedia Commons aracılığıyla)

• Hücrenin içi ve dışı arasındaki Na + konsantrasyonundaki fark, sodyumu içe doğru iten ve bu iyonun sürekli olarak girmesine ve bu farkı dağıtmasına, yani her ikisindeki konsantrasyonları eşitlemesine neden olan kimyasal bir gradyan yaratır. taraf.
• Potasyum gradyanı, ters yönde, yani içten dışa doğru tutulur, iyonun sürekli çıkışına ve iç azalmasına ve dış artışına izin verir.

Na + / K + pompasının işlevi, kanallardan veya diğer taşıma yollarından difüzyon yoluyla giren sodyumun ekstraksiyonuna ve dışarıya yayılan potasyumun yeniden verilmesine izin vererek, bunların hücre içi ve dışı konsantrasyonlarının korunmasına izin verir. iyonları.

Mekanizma (süreç)

Na + / K + ATPaz'ın etki mekanizması, bir fosforil grubunun (Pi) transfer reaksiyonlarını ve bir E1 durumundan bir E2 durumuna ve bunun tersi olan enzimin konformasyonel değişikliklerini içeren bir katalitik döngüden oluşur.

İşlem, hücre içinde ATP ve Na + ve hücre dışı sıvıda K + varlığını gerektirir.

Sodyum iyonlarının taşıyıcıya bağlanması

Döngü, enzimin E1 konformasyon durumunda başlar; burada Na + 'ya bağlanan 3 sitosolik bölge ve intra iyon konsantrasyonu (0,6 mM'lik Km) tamamen işgal edilmiştir. 12 mM) buna izin verir.

ATP hidrolizi

Bu durumda (E1) ve Na + bağlanma yerlerine bağlıyken ATP, molekülün sitozolik sektöründeki yerine bağlanır, hidrolize olur ve bir fosfat grubu aspartat 376'ya aktarılır ve yüksek enerjili bir asilfosfat oluşturur. bu, E2 durumunda konformasyonel bir değişikliğe neden olur.

3 sodyum iyonunun atılması ve 2 potasyum iyonunun eklenmesi

E2 durumundaki konformasyonel değişiklik, Na + bağlanma bölgelerinin dışarıya geçtiğini, iyon için afinitesinin büyük ölçüde azaldığını ve hücre dışı sıvıya salındığını, aynı zamanda K + bağlanma bölgelerinin afinitesinin arttığını gösterir. ve bu iyonlar pompanın dışına eklenir.

E2 durumu sırasında, Na + iyonları zarın diğer tarafına salınır.

Buna karşılık, pompanın bu yeni durumu, K + iyonlarının bağlanması için afinite oluşturur.

E2'den E1'e geri dönüş

Na + salındığında ve K + bağlandığında, aspartil fosfatın hidrolizi meydana gelir ve E2 durumundan E1 durumuna konformasyonel değişiklik, boş Na + bağlanma bölgelerinin ve dolu K + 'nın yeniden dahil edilmesiyle geri döndürülür.

Bu değişiklik gerçekleştiğinde, Na + siteleri afinitelerini yeniden kazanır ve K + için olanlar onu kaybeder, bununla birlikte K + hücreye salınır.

Önem

Hücresel ozmolaritenin korunmasında

Na + / K + pompası, tüm memeli hücrelerinde olmasa da, ozmolaritelerini ve dolayısıyla hacimlerini korumaya yardımcı olarak genel öneme sahip olduğu yerlerde mevcuttur.

Sodyum iyonlarının hücreye sürekli girişi, ozmotik olarak aktif partiküllerin hücre içi sayısında bir artışı belirler, bu da su girişini ve zarın yırtılmasına ve hücre çökmesine neden olacak hacim artışına neden olur.

Membran potansiyelinin oluşumunda

Bu pompalar çıkardıkları her 3 Na + için sadece 2 K + ürettikleri için, elektrojen olarak davranırlar, bu da vücut hücrelerinin membran potansiyel karakteristiğinin üretimini destekleyerek iç elektrik yüklerini "dekompanse ettikleri" anlamına gelir.

Bunun önemi, aksiyon potansiyellerinin hücreyi depolarize eden Na + iyonunun girişi ve onu repolarize eden K + çıkışı ile karakterize edildiği uyarılabilir dokuları oluşturan hücreler açısından da belirgindir.

Bu iyonik hareketler, ilgili iyonları hareket ettiren kimyasal gradyanların üretimine katkıda bulunan Na + / K + pompalarının çalışması sayesinde mümkündür.

Ters yönde çalışan bu pompalar olmadan, bu iyonların konsantrasyon gradyanları dağılır ve uyarıcı aktivite kaybolur.

Böbrek fonksiyonunda

Sodyum-potasyum pompalarının aşırı önemini vurgulayan bir başka husus, onlar olmadan imkansız olan böbrek fonksiyonuyla ilgilidir.

Böbrek fonksiyonu, günlük 180 litre plazmanın ve büyük miktarlarda maddenin filtrasyonunu içerir, bunların bazıları atılmalıdır, ancak çoğunun idrarda kaybolmaması için yeniden emilmesi gerekir.

Sodyum, su ve filtrelenmiş birçok maddenin yeniden emilimi, böbrek nefronlarının farklı tübüler bölümlerinin epitelini oluşturan hücrelerin bazolateral zarında bulunan bu pompalara bağlıdır.

Böbrek tübüllerini çevreleyen epitel hücreleri, tübülün lümeni ile temas halinde olan ve apikal taraf olarak adlandırılan bir tarafa ve tübül etrafındaki interstisyum ile temas halinde olan ve bazolateral taraf olarak adlandırılan bir tarafa sahiptir.

Yeniden emilen su ve maddeler önce apikalden hücreye, sonra da bazolateralden interstisyuma geçmelidir.

Na + 'nın yeniden emilmesi hem onunla ilişkili olarak hem de su ve ona bağlı diğer maddelerle ilişkili olarak anahtardır. Na + 'nın hücreye apikal girişi, onu hareket ettiren ve hücre içinde çok düşük iyon konsantrasyonu anlamına gelen bir gradyan olmasını gerektirir.

Bu düşük hücre içi Na + konsantrasyonu, iyonu hücrelerden interstisyuma çıkarmak için yoğun bir şekilde çalışan bazolateral membrandaki sodyum pompaları tarafından üretilir.

Referanslar

1. Ganong WF: Tıbbi Fizyolojinin Genel ve Hücresel Temeli, içinde: Tıbbi Fizyolojinin İncelenmesi, 25. baskı. New York, McGraw-Hill Education, 2016.
2. Guyton AC, Hall JE: Hücre Membranı Boyunca Madde Taşınması, in: Textbook of Medical Physiology, 13. baskı, AC Guyton, JE Hall (eds). Philadelphia, Elsevier Inc., 2016.
3. Lodish H, Berk A, Zipursky SL, Matsudaira P, Baltimore D, Darnell J: Hücre Zarları Üzerinden Taşıma, İçinde: Moleküler ve Hücre Biyolojisi, 4. baskı.
4. Nelson, DL, Lehninger, AL ve Cox, MM (2008). Lehninger biyokimyanın ilkeleri. Macmillan.
5. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2013). Temel hücre biyolojisi. Garland Bilimi.