Калий натриевый насос это


Натрий-калиевый насос

Натрий-калиевый насос

Натрий-калиевый насос — это один из механизмов активного транспорта через цитоплазматическую мембрану против градиента концентрации.

За один цикл своей работы натрий-калиевый насос переносит три иона натрия (3Na+) из клетки и два иона калия (2K+) в клетку.

Поскольку из клетки удаляется больше положительных зарядов, то на мембране происходит накопление разности электрических потенциалов (внутреннее содержимое клетки заряжено отрицательно по отношению к внешней среде). Разность потенциалов, в свою очередь, приводит к расщеплению АТФ и высвобождаю энергию. Перекачивание натрия и калия необходимо для сохранения клеточного объема (осморегуляция), поддержания электрической активности в нервных и мышечных клетках, для активного транспорта сахаров, аминокислот и др. Калий в клетке требуется для белкового синтеза, гликолиза, фотосинтеза и др.

Натрий-калиевый насос по-сути представляет собой фермент, расщепляющий АТФ. Фермент называется натрий-калий-зависимая аденозинтрифосфатаза (Na+/K+-АТФ-аза. Он находится в мембранах (представляет собой интегральный белок) и начинает работать, когда повышается концентрация ионов натрия внутри клети или ионов калия снаружи.

Насос действует по принципу открывающихся и закрывающихся каналов. Когда белок связывается с ионами натрия, то это нарушает его водородные связи и приводит к изменению формы. Образуется узкая внутренняя полость, через которую выходят наружу ионы натрия, а ионы калия протиснуться наружу не могут. Выход ионов натрия снова изменяет конформацию фермента, в результате чего открывается другой канал, через который в клетку могут попасть ионы калия.

Расщепление АТФ происходит после связывания ионов натрия. Выделяющаяся энергия расходуется на изменение конформации фермента для выхода Na+.

plustilino © 2019. All Rights Reserved

нервная система | Определение, функции, структура и факты

Самый простой тип ответа - это прямая индивидуальная реакция на стимул-ответ. Изменение окружающей среды - это стимул; реакция организма на это есть ответ. У одноклеточных организмов реакция является результатом свойства клеточной жидкости, называемого раздражительностью. У простых организмов, таких как водоросли, простейшие и грибы, реакция, при которой организм движется к стимулу или от него, называется таксисом.В более крупных и сложных организмах - тех, в которых реакция включает синхронизацию и интеграцию событий в различных частях тела, - механизм управления или контроллер расположен между стимулом и реакцией. У многоклеточных организмов этот контроллер состоит из двух основных механизмов, с помощью которых достигается интеграция - химической регуляции и нервной регуляции.

В химической регуляции вещества, называемые гормонами, производятся четко определенными группами клеток и либо диффундируют, либо переносятся с кровью в другие области тела, где они действуют на клетки-мишени и влияют на обмен веществ или индуцируют синтез других веществ.Изменения, возникающие в результате гормонального действия, выражаются в организме как влияние или изменения в форме, росте, воспроизводстве и поведении.

Растения реагируют на различные внешние раздражители, используя гормоны в качестве регуляторов системы "стимул-ответ". Направленные реакции на движение известны как тропизмы и являются положительными, когда движение направлено к стимулу, и отрицательными, когда оно направлено в сторону от стимула. Когда семя прорастает, растущий стебель поворачивается вверх к свету, а корни поворачиваются вниз, подальше от света.Таким образом, стебель показывает положительный фототропизм и отрицательный геотропизм, в то время как корни демонстрируют отрицательный фототропизм и положительный геотропизм. В этом примере свет и гравитация - это стимулы, а направленный рост - это реакция. Контроллерами являются определенные гормоны, синтезируемые клетками на кончиках стеблей растений. Эти гормоны, известные как ауксины, диффундируют через ткани под верхушкой стебля и концентрируются по направлению к затемненной стороне, вызывая удлинение этих клеток и, таким образом, изгиб кончика к свету.Конечным результатом является поддержание растения в оптимальном состоянии с точки зрения освещения.

У животных, помимо химической регуляции через эндокринную систему, существует еще одна интегративная система, называемая нервной системой. Нервную систему можно определить как организованную группу клеток, называемых нейронами, специализирующихся на передаче импульса - возбужденного состояния - от сенсорного рецептора через нервную сеть к эффектору, участку, в котором происходит ответ.

Организмы, обладающие нервной системой, способны к гораздо более сложному поведению, чем организмы, у которых ее нет.Нервная система, специализирующаяся на проведении импульсов, позволяет быстро реагировать на раздражители окружающей среды. Многие реакции, опосредованные нервной системой, направлены на сохранение статус-кво или гомеостаза животного. Стимулы, которые имеют тенденцию перемещать или разрушать какую-либо часть организма, вызывают реакцию, которая приводит к уменьшению неблагоприятных эффектов и возвращению к более нормальному состоянию. Организмы с нервной системой также способны выполнять вторую группу функций, которые инициируют различные модели поведения.Животные могут проходить периоды исследовательского или аппетитного поведения, строительства гнезд и миграции. Хотя эти действия полезны для выживания вида, они не всегда выполняются индивидуумом в ответ на индивидуальную потребность или стимул. Наконец, усвоенное поведение может быть наложено как на гомеостатические, так и на инициирующие функции нервной системы.

Внутриклеточные системы

Все живые клетки обладают свойством раздражительности или отзывчивости на раздражители окружающей среды, которые могут влиять на клетку по-разному, вызывая, например, электрические, химические или механические изменения.Эти изменения выражаются в виде реакции, которая может быть высвобождением секреторных продуктов клетками железы, сокращением мышечных клеток, изгибом растительной стволовой клетки или биением плетистых «волосков» или ресничек ресничными клетками. ,

Отзывчивость отдельной клетки может быть проиллюстрирована поведением относительно простой амебы. В отличие от некоторых других простейших, у амебы отсутствуют высокоразвитые структуры, которые участвуют в приеме стимулов, а также в производстве или проведении реакции.Однако амеба ведет себя так, как если бы у нее была нервная система, потому что общая отзывчивость ее цитоплазмы служит функциям нервной системы. Возбуждение, производимое стимулом, передается другим частям клетки и вызывает реакцию животного. Амеба переместится в область с определенным уровнем света. Его привлекают химические вещества, выделяемые пищей, и он проявляет реакцию при кормлении. Он также удаляется из области с ядовитыми химическими веществами и проявляет реакцию избегания при контакте с другими объектами.

.

Выявлен механизм натрий-калиевого насоса

На рисунке показана туннельная точка входа в сайты связывания натрий-калиевого насоса в связанном с натрием состоянии. Три маленьких иона натрия связаны внутри насоса (фиолетовые сферы слева), тогда как для более крупных ионов калия недостаточно места (зеленые сферы справа). Синяя паутина показывает внутреннюю поверхность белка, блокирующего ионы калия. Буквенный код указывает на аминокислоты, указанные в помпе, которые необходимы для процесса связывания.Предоставлено: Бенте Вильсен и Флемминг Корнелиус.

Исследователи из Орхусского университета в сотрудничестве с японской группой исследователей установили структуру важнейшего фермента - так называемого натриево-калиевого насоса - который составляет часть каждой клетки человеческого тела. Результат, который был недавно опубликован в Nature , может проложить путь к лучшему пониманию неврологических заболеваний.

Это не видно невооруженным глазом и вы не можете почувствовать, но до 40 процентов энергии вашего тела уходит на снабжение микроскопического натрий-калиевого насоса необходимой энергией.Насос постоянно выполняет свою работу в каждой клетке всех животных и людей. Он работает так же, как небольшая батарея, которая, помимо прочего, поддерживает баланс натрия, который имеет решающее значение для работы мышц и нервов.

Натрий-калиевый насос транспортирует натрий и калий в ячейку в фиксированном цикле. Во время этого процесса меняется конструкция насоса. Хорошо известно, что насос имеет натриевую и калиевую формы. Но структурные различия между двумя формами остались загадкой, и исследователи не смогли объяснить, как насос отличает натрий от калия.

Структура раскрывает тайну

Благодаря международному сотрудничеству между группой профессора Чикаси Тойосима из Токийского университета и исследователями из Орхусского университета теперь описана структура связанной с натрием формы белка. Впервые в истории ионы натрия могут быть изучены с настолько высоким разрешением - 0,28 нанометра - что исследователи действительно могут видеть ионы натрия и наблюдать, где они связываются в структуре насоса.В 2000 году группа профессора Чикаси Тойосима впервые описала структуру кальциевого насоса, а в 2007 и 2009 годах исследовательские группы из Орхусского университета и группа Тоёшимы описали связанную с калием форму натрий-калиевого насоса.

«Новая структура белка показывает, как более мелкие ионы натрия связываются и впоследствии транспортируются из клетки, в то время как доступ немного более крупных ионов калия блокируется. Теперь мы понимаем, как помпа различает натрий и калий на молекулярном уровне.Это большой шаг вперед в исследованиях ионных насосов, который может помочь нам понять и лечить серьезные неврологические состояния, связанные с мутациями натрий-калиевого насоса, включая форму паркинсонизма и чередующуюся гемиплегию в детском возрасте, при которой связывание натрия нарушено », - объясняет Бенте Вильсен, профессор Орхусского университета, которая вместе с доцентом Флеммингом Корнелиусом возглавила деятельность проекта в Орхусе.

Впечатленный лауреат Нобелевской премии

Жизненный насос был открыт в 1957 году профессором Йенсом Кристианом Скоу из Орхусского университета, получившим Нобелевскую премию за свое открытие в 1997 году.Новый результат является кульминацией пяти или шести десятилетий исследований, направленных на механизм, лежащий в основе этого жизненно важного двигателя клеток.

«Много лет назад, когда были сделаны первые электронно-микроскопические изображения, на которых фермент представлял собой всего лишь точку миллиметрового размера при 250 000 увеличениях, я подумал, как, черт возьми, мы когда-нибудь сможем установить структуру фермента. Насос транспортирует калий в клетки и натрий из клеток, поэтому он должен быть в состоянии различать два иона.Но до сих пор оставалось загадкой, как это стало возможным », - говорит профессор на пенсии Йенс Кристиан Скоу, который даже в возрасте 94 лет следит за новыми достижениями в области исследований, которые он инициировал более 50 лет. назад.

«Теперь исследователи описали структуру, которая позволяет ферменту идентифицировать натрий, и это может проложить путь к более детальному пониманию того, как работает помпа. Это впечатляющее достижение, о котором я даже не смел мечтать, "заключает Йенс Кристиан Скоу.


Важное новое понимание секретов насоса, удостоенного Нобелевской премии
Дополнительная информация: www.nature.com/nature/journal/… ull / nature12578.html Предоставлено Орхусский университет

Цитата : Выявлен механизм натрий-калиевого насоса (4 октября 2013 г.) получено 13 августа 2020 с https: // физ.орг / Новости / 2013-10-механизм-натрий-калий-revealed.html

Этот документ защищен авторским правом. За исключением честных сделок с целью частного изучения или исследования, никакие часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в информационных целях.

,

Натрий-калиевая АТФаза - обзор

Дж. Р. Гилл: Это была очень хорошая презентация. Не могли бы вы расширить тот аспект вашей презентации, который касается взаимосвязи цАМФ и натрий-калиевой АТФазы в переносе ионов. В частности, когда натрий-калиевая АТФаза ингибируется сердечным гликозидом, по-видимому, происходит усиление опосредованного цАМФ транспорта натрия. На ваш взгляд, какова последовательность событий?

Дж. Д. Гарднер: У нас нет прямых экспериментальных доказательств по этому поводу; однако одна интригующая возможность состоит в том, что фосфорилированный промежуточный продукт в реакции АТФазы может служить субстратом для цАМФ-зависимой протеинкиназы.Уабаин ингибирует Na, K-зависимую АТФазу, блокируя деградацию фосфорилированного промежуточного соединения. Если это фосфорилированное промежуточное соединение может служить субстратом для протеинкиназной реакции, мы получаем потенциальный биохимический механизм, с помощью которого уабаин может усиливать действие цАМФ.

N. I. Swislocki: Я хотел бы рассмотреть ваше утверждение о том, что фосфодиэстераза находится на внешней стороне мембраны. У

.

Смотрите также