Elektrogenikus szivattyúk - stadopedia
5.3.1 Nátrium-káliumszivattyú
A modern ötletek szerint a biológiai membránokban ionszivattyúk vannak. az ATP hidrolízis szabad energiájának kárára. Ezek az integrált fehérjék speciális rendszerei - közlekedési ATPázok. Jelenleg háromféle elektro- nikus ionszivattyú ismeretes, amelyek aktívan szállítják az ionokat a membránon keresztül (5.10 ábra).
5.10 ábra Az ionszivattyúk típusai: 1 - K + -Na + -ATPáz a citoplazmatikus membránokban (K + -Na + - szivattyú); 2 - Ca 2+ -ATPáz (Ca 2+ - szivattyú); 3-H + -ATPáz a mitokondriumok és kloroplasztok energia-konjugátum membránjaiban (H + -pump).
Az ionok szállítása közlekedéssel Az ATPázok a folyamat konjugációjának az ATP bomlási kémiai reakcióival való reakciójának, vagyis a sejtmemória metabolizmusának hatására következnek. Amikor a K + -Na + -ATPázist az ATP hidrolízis során felszabadított energiának köszönhetjük, két káliumion kerül át a sejtbe, és három nátriumiont szivattyúzzunk ki egyidejűleg a sejtből. Így a káliumioncellában és a csökkentett nátriumszintben a koncentráció az intercelluláris környezethez képest alakul ki.
Az ionszivattyúk működési mechanizmusait részletesen tanulmányoztuk a K + -Na + -ATPáz példa alkalmazásával. (5.11. Ábra). Ennek az enzimnek a működése a következő (E - enzim, E1 és E2 - megfelel az enzim aktív központjának a membrán belső és külső felületén elhelyezkedő helyének, azaz a csillag az aktív komplexet jelöli).
1. Az enzim ATP-vel való kölcsönhatása és egy aktív komplex képződése a membrán belső felületén (ez a reakció magnéziumkationokkal aktiválódik):
E + ATP → E * ATP.
2. Három nátriumion komplex kötése:
E * ATP + 3 Na + → [E * ATP] * Na3.
3. Az enzim foszforilációja az ADP kialakulásával:
4. Az enzim konformációs változása a membránon belül:
5. Nátriumioncserélés káliumra gyakorolt hatása a membrán külső felszínén:
P] * Na3 + 2 K + → [E2
6. A komplex konformációs változása a káliumionok sejtbe történő átvitelével:
7. Az enzim visszatérése az eredeti állapotba káliumionok és szervetlen foszfát felszabadításával (P):
5.11 ábra: A K + -Na + -ATPáz enzim (1 - az enzim nagy alegysége, 2 - kis alegység, P-foszfát) működő ciklusa.
A K + -Na + -ATPáz két polipeptidláncból áll, amelyek molekulatömege 84 000 és 5 700, amelyek az enzim nagy és kis alegységét alkotják. A fehérje szilárdan kötődik a foszfolipidekhez, amelyek teljes eltávolítása a membránokból az ATPáz aktivitás eltűnéséhez vezet.
A hidrolitikus központ egy nagy alegységen helyezkedik el a membrán belsejében. A kiindulási állapotban az alegységek ioncserélő üregei csak az admirális rétegekből tölthetők kationokkal. Ezek az üregek a sztérikus akadály miatt három nátriumiont és csak két káliumiont tartalmaznak.
Az enzim konformációs állapota határozza meg az ionok kötődésének specifikusságát egy nagy alegységgel. Stabil foszforilezett komplex kialakításához szükséges, hogy három nátriumion kötődik egy nagy alegységhez. Az ATP hozzáadása konformációs változásokat idéz elő, aminek eredményeképpen a Na + nagy alegység affinitása jelentősen megnő. Ugyanakkor az ioncserélő üreg negatív töltete nő a szorosan elhelyezkedő ATP foszfátcsoport miatt.
Az intracelluláris közeggel való ioncserélés következtében három nátriumion kötődik, majd egy nagy alegység foszforilálódik. A későbbi konformációs átrendeződések következtében három nátriumion záródik le a nagy alegység ioncserélő üregében. Ebben a szakaszban a nagy alegységnek a nátrium iránti affinitása csökken és káliummal növekszik. Az enzim stabil állapotba kerül.
A reakció további lépése egy kis alegység részvételével társul. Az enzim-alegységek a hőmozgás eredményeképpen kissé egymáshoz képest mozoghatnak. Amikor a kis alegység üregje egybeesik a nagy üreggel, a kationok kicserélik egymást.
Három nátrium-kation cseréje két káliummal egy nagy alegységben ismét konformációsan egyenlőtlen állapot kialakulásához vezet. A nagy alegység üregében lévő pozitív töltések számának csökkenését nagy aktivációs gát eltűnése kísérte. Ez a gátlás gátolja az enzim defoszforilációját és a negatívan töltött foszfátcsoport eltávolítását. Ez megnyitja a nagy alegység üregét az intracelluláris környezetbe. Az ADP és P disszociációja után az enzim visszatér eredeti állapotához.
A kálium- és nátriumionok aktív átvitele nagy jelentőséggel bír az idegi impulzusban. Az ionok szállítása energiát fogyaszt G = 41,2 kJ / mol; megközelítőleg ugyanazt az energiát szabadítják fel az 1 mól ATP ADP-re és foszfátra történő hidrolízisével: G = -36,0 kJ / mol.