Αντλία νατρίου-καλίου

ο Αντλία νατρίου-καλίου είναι μια διαμεμβρανική πρωτεΐνη που είναι σταθερά αγκυρωμένη στην κυτταρική μεμβράνη. Με τη βοήθεια αυτής της πρωτεΐνης, τα ιόντα νατρίου μπορούν να μεταφερθούν από το κύτταρο και ιόντα καλίου στο κύτταρο.

Τι είναι η αντλία νατρίου-καλίου;

Η αντλία νατρίου-καλίου είναι μια αντλία που βρίσκεται στην κυτταρική μεμβράνη. Μεταφέροντας ιόντα νατρίου και καλίου, διασφαλίζει τη διατήρηση του λεγόμενου δυναμικού ηρεμίας.

Σε κάθε κύκλο άντλησης ανταλλάσσει τρία ιόντα νατρίου (ιόντα Na +) με δύο ιόντα καλίου (ιόντα Κ +). Αυτό δημιουργεί αρνητικό δυναμικό στον ενδοκυτταρικό χώρο. Κατά τη μεταφορά αυτών των ιόντων, η αντλία νατρίου-καλίου καταναλώνει ενέργεια με τη μορφή τριφωσφορικής αδενοσίνης (ATP).

Λειτουργία, εφέ & εργασίες

Η αντλία νατρίου-καλίου δρα κυρίως ως πρωτεΐνη φορέας. Έχει τρεις θέσεις σύνδεσης για ιόντα νατρίου και δύο θέσεις σύνδεσης για ιόντα καλίου. Υπάρχει επίσης ένας δεσμευτικός ιστότοπος για το ATP. Χρησιμοποιώντας ATP, η αντλία ιόντων μπορεί να μεταφέρει τρία ιόντα νατρίου από το πλάσμα των κυττάρων στον εξωκυτταρικό χώρο. Σε αντάλλαγμα, εισάγει λαθραία δύο ιόντα καλίου από το κυτταρόπλασμα στο κύτταρο. Αυτή η διαδικασία λαμβάνει χώρα σε διάφορα βήματα.

Αρχικά, η πρωτεΐνη φορέας είναι ανοιχτή στο κυτταρόπλασμα. Τρία ιόντα νατρίου εισέρχονται στην πρωτεΐνη μέσω του ανοίγματος και συνδέονται με τις συγκεκριμένες θέσεις σύνδεσης. Στο εσωτερικό της πρωτεϊνικής μεμβράνης, ένα μόριο ΑΤΡ καθιζάνει επίσης στην καθορισμένη θέση σύνδεσης. Αυτό το μόριο στη συνέχεια διαιρείται με την απελευθέρωση νερού. Η προκύπτουσα φωσφορική ομάδα δεσμεύεται για μικρό χρονικό διάστημα από ένα αμινοξύ της αντλίας νατρίου-καλίου. Η ενέργεια απελευθερώνεται όταν διασπά το μόριο ATP. Αυτό αλλάζει τη χωρική διάταξη της αντλίας νατρίου-καλίου και η πρωτεΐνη φορέας ανοίγει προς την κατεύθυνση του εξωκυτταρικού χώρου.

Τα τρία ιόντα νατρίου αποσπώνται στη συνέχεια από τα σημεία πρόσδεσής τους και έτσι εισέρχονται στο εξωτερικό μέσο. Δύο ιόντα καλίου εισέρχονται τώρα στην πρωτεΐνη μέσω του ανοιχτού κενού. Αυτά συνδέονται επίσης με τους δεσμευτικούς ιστότοπους. Η δεσμευμένη φωσφορική ομάδα διαχωρίζεται τώρα.Αυτό αλλάζει τη διαμόρφωση της αντλίας νατρίου-καλίου στην αρχική της κατάσταση. Τα ιόντα καλίου διαλύονται και ρέουν στο εσωτερικό των κυττάρων. Μέσω αυτής της διαδικασίας, η αντλία νατρίου-καλίου διατηρεί αυτό που είναι γνωστό ως δυναμικό ηρεμίας.

Εκπαίδευση, εμφάνιση & ιδιότητες

Το δυναμικό μεμβράνης ανάπαυσης περιγράφει το δυναμικό μεμβράνης δυνητικά διεγερμένων κυττάρων στην κατάσταση ηρεμίας. Τα δυναμικά της μεμβράνης βρίσκονται συγκεκριμένα σε νευρικά κύτταρα ή μυϊκά κύτταρα. Ανάλογα με τον τύπο κυψέλης, το δυναμικό ηρεμικής μεμβράνης κυμαίνεται μεταξύ -100 και -50 mV. Για τα περισσότερα νευρικά κύτταρα είναι -70 mV. Το εσωτερικό του κελιού φορτίζεται αρνητικά σε σύγκριση με το εξωτερικό του κελιού.

Το δυναμικό ηρεμίας ενός κυττάρου είναι απαραίτητη προϋπόθεση για τη διεξαγωγή διέγερσης στα νεύρα και για τον έλεγχο της μυϊκής συστολής. Η αντλία νατρίου-καλίου μπορεί να ανασταλεί από διάφορες ουσίες. Για παράδειγμα, οι καρδιακοί γλυκοζίτες αναστέλλουν την πρωτεΐνη φορέα. Οι καρδιακές γλυκοσίδες συνταγογραφούνται για χρόνια καρδιακή ανεπάρκεια και κολπική μαρμαρυγή. Με την αναστολή της αντλίας, περισσότερο νάτριο παραμένει στα κύτταρα. Η συγκέντρωση ενδοκυτταρικού νατρίου και η συγκέντρωση εξωκυτταρικού νατρίου συγκλίνουν.

Αναστέλλοντας τον εναλλάκτη νατρίου-ασβεστίου, περισσότερο ασβέστιο παραμένει στο κύτταρο. Αυτό αυξάνει τη συσταλτικότητα της καρδιάς. Η αναστολή της αντλίας νατρίου-καλίου μπορεί επίσης να οδηγήσει σε υπερκαλιαιμία. Αντίθετα, η αντλία νατρίου-καλίου μπορεί επίσης να διεγερθεί φαρμακολογικά. Αυτό γίνεται, για παράδειγμα, με χορήγηση ινσουλίνης ή αδρεναλίνης. Η διέγερση της αντλίας μπορεί να οδηγήσει σε υποκαλιαιμία.

Ασθένειες & Διαταραχές

Μια πολύ σπάνια ασθένεια που βασίζεται σε ένα ελάττωμα στην αντλία νατρίου-καλίου είναι η οξεία έναρξη του συνδρόμου παρκινσονισμού-δυστονίας. Είναι μια ασθένεια που κληρονομείται ως αυτοσωματικό κυρίαρχο χαρακτηριστικό. Συνήθως ξεκινά στην παιδική ηλικία ή στην εφηβεία.

Η δυστονία με τρόμο, σπασμούς και ακούσιες κινήσεις συμβαίνει μέσα σε λίγες ώρες. Μετά από μικρό χρονικό διάστημα, υπάρχει σοβαρή έλλειψη άσκησης έως και ακινησία. Μια αποτελεσματική θεραπεία για την ασθένεια δεν είναι ακόμη γνωστή.

Ορισμένες μελέτες σε ζώα δείχνουν ότι τα ελαττώματα στην αντλία νατρίου-καλίου μπορεί να είναι μια πιθανή αιτία επιληψίας. Ενώ ψάχνουν για γενετικά ελαττώματα που θα μπορούσαν να προκαλέσουν επιληψία, οι ερευνητές συνάντησαν μια μετάλλαξη στο γονίδιο ATP1a3. Αυτό είναι υπεύθυνο για τη λειτουργία της αντλίας νατρίου-καλίου. Στα γερμανικά, η επιληψία είναι επίσης γνωστή ως σπασμοί ή επιληψία. Ανάλογα με την περιοχή του εγκεφάλου που αποβάλλεται κατά την κρίση, υπάρχουν διαφορετικά συμπτώματα.

Για παράδειγμα, μπορεί να συμβούν συσπάσεις ή ένταση των μυών, όσοι επηρεάζονται μπορούν να εκφραστούν δυνατά σε επιθέσεις ή να αντιληφθούν αστραπές, ρίγες ή σκιές. Μπορεί επίσης να εμφανιστούν δυσάρεστες οσμές ή διαταραχές της ακουστικής αντίληψης. Η επονομαζόμενη επιληπτική κατάσταση μπορεί να είναι απειλητική για τη ζωή. Αυτές είναι γενικευμένες τονωτικές-κλωνικές κρίσεις που μπορούν να διαρκέσουν από 5 έως 30 λεπτά.

Ένα ελάττωμα στην αντλία νατρίου-καλίου θα μπορούσε επίσης να είναι μια πιθανή αιτία για ημικρανίες. Οι ερευνητές ανακάλυψαν γενετικές αλλαγές στο χρωμόσωμα 1 στις ημικρανίες. Αυτό το γονίδιο οδηγεί σε ελάττωμα στην αντλία νατρίου-καλίου στις μεμβράνες των κυττάρων. Το αποτέλεσμα είναι φουσκωμένα και στρογγυλεμένα κύτταρα. Αυτό υποτίθεται ότι προκαλεί τον χαρακτηριστικό πόνο των ημικρανιών. Η ημικρανία είναι μια νευρολογική ασθένεια που προσβάλλει περίπου το 10% του πληθυσμού. Οι γυναίκες επηρεάζονται πολύ πιο συχνά από τους άνδρες. Η κλινική εικόνα των ημικρανιών είναι πολύ μεταβλητή.

Συνήθως, υπάρχουν σπασμοί, παλλόμενοι και μονομερείς πονοκέφαλοι. Αυτά επαναλαμβάνονται περιοδικά. Επιπλέον, μπορεί να εμφανιστούν συμπτώματα όπως ναυτία, έμετος, ευαισθησία στο θόρυβο ή ευαισθησία στο φως. Μερικοί ασθενείς αναφέρουν οπτικές ή αισθητηριακές διαταραχές στην αντίληψη πριν από την πραγματική επίθεση της ημικρανίας. Κάποιος μιλά εδώ για μια ημικρανία αύρα. Η ημικρανία είναι μια διάγνωση αποκλεισμού και προς το παρόν δεν μπορεί να θεραπευτεί.