Натрий-калиевый насос. Биологическая роль

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«Тюменская государственная медицинская академия»

Лечебный факультет

Реферат на тему:

«Натрий-калиевый насос. Биологическая роль»

Тюмень 2012

Натрий - калиевый насос - это особый белок, пронизывающий всю толщу мембраны, который постоянно накачивает ионы калия внутрь клетки, одновременно выкачивая из нее ионы натрия; при этом перемещение обоих ионов происходит против градиентов их концентраций. Выполнение этих функций возможно благодаря двум важнейшим свойствам этого белка. Во-первых, форма молекулы переносчика может меняться.

Эти изменения происходят в результате присоединения к молекуле переносчика фосфатной группы за счет энергии, выделяющейся при гидролизе АТФ (т. е. разложения АТФ до АДФ и остатка фосфорной кислоты). Во-вторых, сам этот белок действует как АТФ-аза (т. е. фермент, гидролизующий АТФ). Поскольку этот белок осуществляет транспорт натрия и калия и, кроме того, обладает АТФ-азной активностью, он так и называется -- «натрий-калиевая АТФ-аза».

Рис.1 Натрий-калиевый насос.

Упрощенно действие натрий-калиевого насоса можно представить следующим образом.

1. С внутренней стороны мембраны к молекуле белка-переносчика поступают АТФ и ионы натрия, а с наружной -- ионы калия.

2. Молекула переносчика осуществляет гидролиз одной молекулы АТФ.

3. При участии трех ионов натрия за счет энергии АТФ к переносчику присоединяется остаток фосфорной кислоты (фосфорилирование переносчика); сами эти три иона натрия также присоединяются к переносчику.

4. В результате присоединения остатка фосфорной кислоты происходит такое изменение формы молекулы переносчика (конформация), что ионы натрия оказываются по другую сторону мембраны, уже вне клетки.

5. Три иона натрия выделяются во внешнюю среду, а вместо них с фосфорилированным переносчиком соединяются два иона калия.

6. Присоединение двух ионов калия вызывает дефосфорилирование переносчика -- отдачу им остатка фосфорной кислоты.

7. Дефосфорилирование, в свою очередь, вызывает такую конформацию переносчика, что ионы калия оказываются по другую сторону мембраны, внутри клетки.

8. Ионы калия высвобождаются внутри клетки, и весь процесс повторяется.

Значение натрий-калиевого насоса для жизни каждой клетки и организма в целом определяется тем, что непрерывное откачивание из клетки натрия и нагнетание в нее калия необходимо для осуществления многих жизненно важных процессов: осморегуляции и сохранения клеточного объема, поддержания разности потенциалов по обе стороны мембраны, поддержания электрической активности в нервных и мышечных клетках, для активного транспорта через мембраны других веществ (сахаров, аминокислот). Большие количества калия требуются также для белкового синтеза, гликолиза, фотосинтеза и других процессов. Примерно треть всей АТФ, расходуемой животной клеткой в состоянии покоя, затрачивается именно на поддержание работы натрий-калиевого насоса. Если каким-либо внешним воздействием подавить дыхание клетки, т. е. прекратить поступление кислорода и выработку АТФ, то ионный состав внутреннего содержимого клетки начнет постепенно меняться. В конце концов, он придет в равновесие с ионным составом среды, окружающей клетку; в этом случае наступает смерть.

Биологическая роль

биологический калиевый кровь натрий

НАТРИЙ - основной ион внеклеточной жидкости, в ней содержится 96 % от общего количества натрия в организме (90-100 г). Нормальная концентрация Na в плазме крови - 135-145 ммоль/л; она поддерживается с высокой точностью, поскольку определяет осмолярность плазмы и водный обмен. Уровень Na* в крови регулируется гормонами: АДГ и НУФ способствуют его снижению, альдостерон - увеличению. Обычное потребление человеком NaCl составляет 8-15 г/сут, хотя реальная потребность организма в натрии несколько меньше. Избыток Na" и 01 выводится через почки и потовые железы; потеря натрия через кишечник может наблюдаться при диареях.

Важнейшие биологические функции натрия:

1. Главная роль в поддержании осмолярности плазмы крови и внеклеточной жидкости в целом.

2. Участие (совместно с калием) в возникновении электрохимического потенциала на плазматических мембранах клеток, обеспечение их возбудимости и мембранного транспорта.

3. Стабилизация молекул белков и ферментов, обеспечение протекания ряда ферментативных реакций.

КАЛИЙ - основной внутриклеточный катион; во внеклеточном пространстве его в 20-40 раз меньше. Значительное количество калия находится в мышечной ткани; содержание КГ в плазме крови - 3,5-5,0 ммоль/л. Калием богаты мясо, фрукты и овощи; суточная потребность в нем - 2-4 г.

Снижению уровня К+ в плазме способствуют гормоны: инсулин вызывает его переход в клетки вместе с глюкозой, альдостерон усиливает выведение калия через почки. Концентрация К+ в крови может повыситься при гибели клеток, "утечке" иона через поврежденные биомембраны или вследствие нарушения работы натрий-калиевого насоса (клеточный энергодефицит).

Основные биологические функции калия:

1. Обеспечение биоэлектрической активности клеток (формирование потенциала покоя, обеспечение нервно-мышечной возбудимости и проводимости).

2. Поддержание осмолярности внутриклеточного содержимого.

3. Участие в ряде ферментативных реакций, в том числе в синтезе белка.

4.Изменения уровня калия в крови приводят к выраженным биологическим реакциям: уменьшение (гипокалиемия) - к мышечной слабости и возбудимости миокарда (аритмии, экстрасистолы), возраста- (гиперкалиемия) - к спазмам мышц и снижению возбудимости, в тяжелых случаях - остановка сердца).

Используемая литература

1. http://meduniver.com/Medical/Biology/131.html

2. http://biohi.mybb.ru/viewtopic.php?id=67

3. Т.Л. Богданова "Пособие для поступающих в вузы"

Размещено на Allbest.ru