Fungsi, Fungsi dan Pentingnya Pompa Sodium Potassium



itu pompa kalium natrium adalah mekanisme transpor seluler aktif yang menggerakkan ion natrium (Na+) dari bagian dalam sel ke luar, dan ion kalium (K+) di arah yang berlawanan. Pompa bertanggung jawab untuk mempertahankan karakteristik gradien konsentrasi kedua ion.

Pengangkutan ion ini terjadi terhadap gradien konsentrasi normal, karena ketika ion sangat terkonsentrasi di dalam sel, ia cenderung meninggalkannya untuk mencocokkan konsentrasi dengan luar. Pompa kalium natrium mematahkan prinsip ini, dan untuk melakukannya dibutuhkan energi dalam bentuk ATP.

Faktanya, pompa ini adalah contoh model transportasi seluler aktif. Pompa dibentuk oleh kompleks sifat enzimatik yang melakukan pergerakan ion di dalam dan di luar sel. Ia hadir di semua membran sel hewan, meskipun lebih banyak pada jenis tertentu, seperti neuron dan sel otot..

Ion natrium dan kalium sangat penting untuk berbagai fungsi biologis, seperti pemeliharaan dan pengaturan volume sel, transmisi impuls saraf, pembentukan kontraksi otot, dan lain-lain..

Indeks

  • 1 Operasi
    • 1.1 Prinsip dasar transportasi seluler
    • 1.2 Transportasi aktif dan pasif
    • 1.3 Karakteristik pompa natrium kalium
    • 1.4 Cara kerja pompa natrium kalium?
    • 1,5 ATPase
    • 1.6 Pompa ion regenik dan elektrogenik
    • 1.7 Kecepatan pompa
    • 1.8 Transport kinetika
  • 2 Fungsi dan kepentingan
    • 2.1 Kontrol volume sel
    • 2.2 Potensi istirahat membran
    • 2.3 Impuls saraf
  • 3 Penghambat
  • 4 Referensi

Operasi

Prinsip dasar transportasi seluler

Sebelum mengeksplorasi secara mendalam pengoperasian pompa natrium-kalium, perlu untuk memahami dan mendefinisikan istilah yang paling banyak digunakan dalam hal transportasi seluler.

Sel-sel berada dalam pertukaran bahan yang konstan dengan lingkungan eksternal mereka. Gerakan ini terjadi berkat adanya membran lipid semipermeabel yang memungkinkan molekul masuk dan keluar dengan nyaman sel; membran adalah entitas yang sangat selektif.

Biomembran tidak hanya terdiri dari lipid; mereka juga memiliki serangkaian protein yang terikat padanya yang dapat melintasinya atau berlabuh dengan jalur lain.

Mengingat perilaku apolar dari interior membran, masuknya zat kutub terganggu. Namun, perpindahan molekul polar diperlukan untuk mematuhi proses yang berbeda; karena itu sel harus memiliki mekanisme yang memungkinkan transit molekul-molekul kutub ini.

Bagian molekul melalui membran dapat dijelaskan dengan prinsip fisik. Difusi adalah pergerakan acak molekul dari daerah konsentrasi tinggi ke daerah di mana konsentrasi lebih rendah.

Juga, pergerakan air melalui membran semipermeabel dijelaskan oleh osmosis, suatu proses di mana aliran air akan terjadi di mana ada konsentrasi zat terlarut yang lebih tinggi..

Transportasi aktif dan pasif

Tergantung pada penggunaan atau tidak dari energi, transportasi melalui membran diklasifikasikan sebagai pasif dan aktif. 

Ketika zat terlarut diangkut secara pasif, zat itu hanya mendukung gradien konsentrasi, mengikuti prinsip difusi sederhana.

Ini dapat melakukannya melalui membran, melalui saluran air atau menggunakan molekul pengangkut yang memfasilitasi proses. Peran molekul transporter adalah untuk "menutupi" suatu zat kutub sehingga dapat melewati membran.

Ada titik di mana zat terlarut menyamakan konsentrasi mereka di kedua sisi membran dan aliran berhenti. Jika Anda ingin memindahkan molekul ke beberapa arah, Anda perlu menyuntikkan energi ke dalam sistem.

Dalam kasus molekul bermuatan, gradien konsentrasi dan gradien listrik harus diperhitungkan.

Sel menginvestasikan banyak energi dalam menjaga gradien ini dari keseimbangan, berkat keberadaan transpor aktif yang menggunakan ATP untuk memindahkan partikel ke area konsentrasi tinggi..

Karakteristik pompa natrium kalium

Di dalam sel konsentrasi kalium sekitar 10 hingga 20 kali lebih tinggi, dibandingkan dengan bagian luar sel. Dengan cara yang sama, konsentrasi ion natrium jauh lebih tinggi di luar sel.

Mekanisme yang bertanggung jawab untuk mempertahankan gradien konsentrasi ini adalah pompa natrium kalium, yang dibentuk oleh enzim yang ditambatkan ke membran plasma dalam sel hewan..

Itu adalah jenis antiport, karena ia menukar semacam molekul dari satu sisi membran ke sisi yang lain. Transpor natrium terjadi keluar, sedangkan transpor kalium terjadi di dalam.

Sedangkan untuk proporsinya, pompa membutuhkan pertukaran wajib dari dua ion kalium dari luar dengan tiga ion natrium dari bagian dalam sel. Ketika ada kekurangan ion kalium, pertukaran ion natrium yang biasanya terjadi tidak dapat dilakukan.

Cara kerja pompa natrium kalium?

Langkah awal adalah fiksasi tiga ion natrium dalam protein ATPase. Kerusakan ATP dalam ADP dan fosfat terjadi; fosfat yang dilepaskan dalam reaksi ini dikaitkan dengan protein, menginduksi perubahan konformasi dalam saluran transportasi.

Langkah ini dikenal sebagai fosforilasi protein. Dengan modifikasi ini, ion natrium dikeluarkan ke luar sel. Selanjutnya penyatuan dua ion kalium dari luar terjadi.

Dalam protein, gugus fosfat tidak berpasangan (protein terdefosforilasi) dan protein kembali ke struktur awalnya. Pada tahap ini, ion kalium dapat masuk.

ATPase

Secara struktural, "pompa" adalah enzim dari tipe ATPase yang memiliki situs pengikatan untuk ion natrium dan ATP pada permukaan yang menghadapi sitoplasma, dan di bagian yang menghadap ke luar sel adalah situs dari mengikat untuk kalium.

Dalam sel mamalia, pertukaran ion Na + sitoplasma dengan ion K + ekstrasel dimediasi oleh enzim yang ditambatkan ke membran, yang disebut ATPase. Pertukaran ion diterjemahkan menjadi potensial membran.

Enzim ini terdiri dari dua membran polipeptida dengan dua subunit: alfa 112 kD dan beta 35 kD.

Pompa ionik, regenik dan elektrogenik

Karena pergerakan ion melalui membran tidak merata (dua ion kalium untuk tiga ion natrium), gerakan bersih ke luar melibatkan muatan positif per siklus pemompaan.

Pompa ini disebut reogenik, karena melibatkan pergerakan muatan dan menghasilkan arus listrik transmembran. Dalam kasus di mana arus menghasilkan efek pada tegangan membran, pompa disebut elektrogenik.

Kecepatan pompa

Dalam kondisi normal, jumlah ion natrium yang dipompa ke bagian luar sel sama dengan jumlah ion yang masuk ke dalam sel, sehingga aliran bersih gerakan sama dengan nol.

Jumlah ion yang ada di luar dan di dalam sel ditentukan oleh dua faktor: kecepatan di mana transpor aktif natrium terjadi dan kecepatan di mana ia masuk lagi melalui proses difusi.

Logikanya, kecepatan masuk oleh difusi menentukan kecepatan yang dibutuhkan oleh pompa untuk mempertahankan konsentrasi yang diperlukan dalam lingkungan intra dan ekstraseluler. Ketika konsentrasi meningkat, pompa meningkatkan kecepatannya.

Kinetika transportasi

Transport aktif menunjukkan kinetika Michaelis-Menten, karakteristik sejumlah besar enzim. Demikian juga, ia dihambat oleh molekul analog.

Fungsi dan kepentingan

Kontrol volume sel

Pompa natrium kalium bertanggung jawab untuk mempertahankan volume sel yang optimal. Sistem ini mempromosikan keluarnya ion natrium; oleh karena itu, lingkungan ekstraseluler memperoleh muatan positif. Karena daya tarik muatan, ion terakumulasi dengan muatan negatif, seperti ion klorin atau bikarbonat.

Pada titik ini cairan ekstraseluler memiliki jumlah ion yang signifikan, yang menghasilkan pergerakan air dari dalam sel ke luar - secara osmosis - untuk mengencerkan zat terlarut ini..

Berpotensi istirahat membran

Pompa natrium kalium dikenal karena perannya dalam impuls saraf. Sel-sel saraf, yang disebut neuron, aktif secara elektrik dan khusus untuk transportasi impuls. Dalam neuron Anda dapat berbicara tentang "potensi membran".

Potensi membran terjadi ketika ada ketimpangan konsentrasi ion di kedua sisi membran. Karena bagian dalam sel memiliki jumlah kalium yang besar dan bagian luarnya kaya akan natrium, maka ada potensi.

Potensi membran dapat dibedakan ketika sel diam (tidak ada peristiwa aktif atau pasca-sinaptik), serta potensial aksi.

Ketika sel diam, potensi -90 mV terbentuk dan nilai ini dipertahankan terutama oleh pompa natrium kalium. Pada sebagian besar sel yang diteliti, potensial istirahat berada dalam kisaran antara -20 mV dan -100 mV.

Impuls saraf

Impuls saraf mengarah ke pembukaan saluran natrium, menciptakan ketidakseimbangan dalam membran dan dikatakan "terdepolarisasi". Karena memiliki muatan positif, pembalikan beban terjadi di sisi dalam membran.

Ketika dipaksakan berakhir, pembukaan saluran kalium terjadi untuk mengisi kembali muatan di dalam sel. Pada saat ini pompa natrium kalium menjaga konsentrasi ion-ion tersebut konstan.

Inhibitor

Pompa kalium natrium dapat dihambat oleh ouabine glikosida jantung. Ketika senyawa ini mencapai permukaan sel, ia bersaing untuk situs pengikatan ion. Ia juga dihambat oleh glikosida lain seperti digoksin.

Referensi

  1. Curtis, H., & Schnek, A. (2006). Undangan ke Biologi. Ed. Panamericana Medical.
  2. Hill, R.W., Wyse, G.A., Anderson, M., & Anderson, M. (2004). Fisiologi hewan. Sinauer Associates.
  3. Randall, D., Burggren, W. W., Burggren, W., Perancis, K., & Eckert, R. (2002). Fisiologi hewan Eckert. Macmillan.
  4. Skou, J. C., & Esmann, M. (1992). Na, k-atpase. Jurnal bioenergi dan biomembran, 24(3), 249-261.
  5. Uribe, R. R., & Bestene, J. A. Toksikologi. Praktik & prosedur. Pedoman praktik klinis Vol. 2, volume IV. Pontificia Universidad Javeriana.