나트륨 칼륨 펌프 기능, 기능 및 중요성



칼륨 나트륨 펌프 나트륨 이온 (Na+)을 셀 내부로부터 외부로 방출하고, 칼륨 이온 (K+) 반대 방향으로. 펌프는 두 이온의 농도 구배 특성을 유지하는 역할을합니다.

이 이온 수송은 정상 농도 구배에 대해 발생합니다. 왜냐하면 이온이 세포에 매우 집중되어있을 때 외부와의 농도를 맞추기 위해 이온을 남겨두기 때문입니다. 칼륨 나트륨 펌프가이 원리를 깨고 그렇게하려면 ATP의 형태로 에너지가 필요합니다..

사실,이 펌프는 능동적 인 세포 수송의 모델 예입니다. 펌프는 세포 내부와 외부의 이온 이동을 수행하는 효소 적 특성의 복합체에 의해 형성됩니다. 이것은 뉴런 및 근육 세포와 같은 특정 유형에서 더 풍부하지만 동물 세포의 모든 막에 존재합니다.

나트륨 및 칼륨 이온은 세포 부피의 유지 및 조절, 신경 자극의 전달, 근육 수축의 생성 등과 같은 다양한 생물학적 기능에 중요합니다..

색인

  • 1 작업
    • 1.1 세포질 수송의 기본 원리
    • 1.2 능동 및 수동 수송
    • 1.3 나트륨 칼륨 펌프의 특성
    • 1.4 나트륨 칼륨 펌프 작동 원리?
    • 1.5 ATPase
    • 1.6 Regenic 및 electrogenic ion pumps
    • 1.7 펌프 속도
    • 1.8 수송 동역학
  • 2 기능과 중요성
    • 2.1 셀 볼륨 컨트롤
    • 2.2 휴식 막 잠재력
    • 2.3 긴장감
  • 3 억제제
  • 4 참고

수술

세포질 수송의 기본 원리

나트륨 - 칼륨 펌프의 작동을 심층적으로 탐구하기 전에, 세포 수송과 관련하여 가장 많이 사용되는 용어를 이해하고 정의 할 필요가있다.

세포는 외부 환경과 끊임없이 물질을 교환합니다. 이 운동은 반투막 지질막이 존재하여 분자가 세포의 편리성에 따라 출입 할 수있게 해줍니다. 멤브레인은 고도로 선택적 인 물질이다.

생체 막은 단지 지질로만 구성되어 있지 않습니다. 그들은 또한 다른 단백질에 의해 묶여있는 일련의 단백질을 가지고 있습니다..

막 내부의 무극성 거동을 감안할 때, 극성 물질의 유입이 손상됩니다. 그러나 극성 분자의 변위는 다른 공정을 준수하는 데 필요합니다. 따라서 세포는 이러한 극성 분자의 이동을 허용하는 메커니즘을 가져야 만한다.

세포막을 통한 분자의 통과는 물리적 원리로 설명 할 수 있습니다. 확산은 고농도 영역에서 저농도 영역으로 분자가 무작위로 이동 함을 의미합니다..

또한, 반투막을 통한 물의 이동은 용질의 농도가 더 높은 곳에서 물의 흐름이 일어나는 과정 인 삼투압에 의해 설명됩니다..

능동 및 수동 수송

에너지의 사용 여부에 따라 멤브레인을 통한 수송은 수동 및 능동으로 분류됩니다. 

용질이 수동적으로 수송 될 때 단순한 확산의 원리에 따라 농도 구배에 유리하게 작용합니다.

그것은 막을 통해, 수성 채널을 통해 또는 공정을 용이하게하는 운반 분자를 사용하여 수행 할 수 있습니다. 운반체 분자의 역할은 극성 물질을 막을 통과 할 수 있도록 "마스킹"하는 것입니다.

용질이 멤브레인의 양면에 농도를 동일시하고 흐름이 멈추는 지점이 있습니다. 어떤 방향으로 분자를 이동하려면 시스템에 에너지를 주입해야합니다..

하전 된 분자의 경우, 농도 구배 및 전기 구배를 고려해야합니다.

세포는 ATP를 사용하여 고농축 영역으로 입자를 이동시키는 능동 수송의 존재로 인해 이러한 구배를 평형에서 멀리 유지하는 데 많은 에너지를 투자합니다.

나트륨 칼륨 펌프의 특성

세포 내부의 칼륨 농도는 세포 외부와 비교할 때 약 10 ~ 20 배 높습니다. 같은 방식으로, 나트륨 이온의 농도는 세포 외부에서 훨씬 더 높습니다.

이러한 농도 구배를 유지하는 메커니즘은 동물 세포의 원형질막에 고정 된 효소에 의해 형성된 나트륨 칼륨 펌프입니다..

이것은 막의 한쪽면에서 다른 쪽면으로 일종의 분자를 교환하기 때문에 항항 유형입니다. 나트륨 이동은 바깥쪽으로 일어나고, 칼륨 수송은 내부에서 일어난다..

비율에 관해서는, 펌프는 세포 내부에서 3 개의 나트륨 이온에 의해 외부에서 2 개의 칼륨 이온을 강제로 교환해야합니다. 칼륨 이온이 부족하면 정상적으로 발생하는 나트륨 이온의 교환을 할 수 없습니다.

나트륨 칼륨 펌프의 작동 원리?

초기 단계는 ATPase 단백질에있는 3 개의 나트륨 이온을 고정하는 것입니다. ADP 및 인산염에서 ATP의 분해가 발생합니다. 이 반응에서 방출 된 인산염은 단백질과 관련되어 수송 채널에서 구조적 변화를 유도한다.

이 단계는 단백질의 인산화로 알려져 있습니다. 이러한 변형으로, 나트륨 이온은 세포 외부로 배출된다. 이어서, 외부로부터의 두 칼륨 이온의 결합이 발생한다.

단백질에서 인산염 그룹은 커플 링되지 않고 (단백질은 탈 인산화된다) 단백질은 초기 구조로 되돌아 간다. 이 단계에서, 칼륨 이온은.

ATPase

구조적으로, "펌프"는 세포질에면하는 표면에 나트륨 이온과 ATP의 결합 자리를 가지고있는 ATPase 유형의 효소이며, 세포 외부를 마주 보는 부분은 칼륨 결합.

포유 동물 세포에서 세포 외 K + 이온에 의한 세포질 Na + 이온의 교환은 ATPase 라 불리는 막에 고정 된 효소에 의해 매개된다. 이온의 교환은 막 전위로 전환됩니다..

이 효소는 2 개의 서브 유닛을 갖는 2 개의 막 폴리 펩타이드로 구성된다 : 알파는 112 kD이고 베타는 35 kD.

이오니아 펌프, 레 닉 및 일렉트로 제닉

막을 통과하는 이온의 이동이 동일하지 않기 때문에 (3 개의 나트륨 이온에 대해 2 개의 칼륨 이온), 외부로의 순수 이동은 펌핑 사이클마다 양전하를 수반한다.

이 펌프는 전이의 순 운동을 포함하고 막 횡단 전류를 생성하기 때문에 재생성이라고합니다. 전류가 멤브레인 전압에 영향을주는 경우, 펌프는 전자 제제.

펌프 속도

정상 조건 하에서, 세포 외부로 펌핑 된 나트륨 이온의 양은 세포에 들어가는 이온의 수와 동일하므로, 운동의 순 흐름은 0과 동일하다.

세포 외부와 내부에 존재하는 이온의 양은 나트륨의 활성 수송이 일어나는 속도와 확산 과정을 통해 다시 유입되는 속도의 두 가지 요인에 의해 결정됩니다.

논리적으로, 확산에 의한 진입 속도는 세포 내외 환경에서 요구되는 농도를 유지하기 위해 펌프가 요구하는 속도를 결정합니다. 농도가 증가하면 펌프의 속도가 증가합니다..

수송 동역학

능동 수송은 상당한 수의 효소의 특징 인 Michaelis-Menten 동역학을 나타낸다. 마찬가지로, 그것은 유사한 분자에 의해 저해된다..

기능과 중요성

세포 부피 조절

나트륨 칼륨 펌프는 최적의 세포 부피를 유지하는 역할을합니다. 이 시스템은 나트륨 이온의 배출을 촉진합니다. 그러므로, 세포 외 환경은 양의 전하를 얻는다. 전하의 끌어 당김 때문에, 이온은 염소 또는 중탄산염 이온과 같은 음전하를 쌓아.

이 시점에서 세포 외액에는 상당량의 이온이 있으며, 이는 세포 내부에서 외부로의 물의 이동을 삼투압에 의해 생성하여 이러한 용질을 희석합니다.

휴식 막 전위

나트륨 칼륨 펌프는 신경 충동에서의 역할로 알려져 있습니다. 뉴런이라고 불리는 신경 세포는 전기적으로 활성화되어 있으며 임펄스 전달에 특화되어 있습니다. 뉴런에서 "막 잠재력"에 대해 이야기 할 수 있습니다..

멤브레인 전위는 멤브레인의 양면에 이온 농도가 불균일 할 때 발생합니다. 세포의 내부에는 많은 양의 칼륨이 있고 바깥에는 나트륨이 풍부하기 때문에 잠재적 인 가능성이 있습니다.

막 잠재력은 세포가 휴식 상태에있을 때 (활성 또는 사후 시냅스 사건이 없음)뿐만 아니라 활동 전위.

세포가 정지하면 -90 mV의 전위가 형성되고이 값은 주로 나트륨 칼륨 펌프에 의해 유지됩니다. 연구 된 세포의 대부분에서 휴식 잠재력은 -20 mV와 -100 mV 사이의 범위에 있습니다.

신경 자극

신경 충동은 나트륨 채널을 열어 막에 불균형을 일으키며 "탈분극"이라고합니다. 그것이 양의 전하를 가지므로, 멤브레인의 내측에서 하중 반전이 발생합니다.

주입이 끝나면 칼륨 채널이 열리면서 세포 내부의 전하가 보충됩니다. 이 때 나트륨 칼륨 펌프는 상기 이온의 농도를 일정하게 유지시킨다.

억제제

칼륨 나트륨 펌프는 심장 배당체 인 우 아빈 (ouabine)에 의해 억제 될 수 있습니다. 이 화합물이 세포의 표면에 도달하면 이온의 결합 자리를 놓고 경쟁합니다. 그것은 또한 디곡신과 같은 다른 배당체에 의해 저해된다..

참고 문헌

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