Funcționarea pompelor de ioni

Funcționarea pompelor de ioni
Atunci când contracția musculară, atunci energia este irosită. Acest lucru este clar. Unul dintre indicatorii consumului de energie este consumul de oxigen. Dar se dovedește că oxigenul este consumat și se odihnesc muschii sau nervii. In 1932, M. Berezin, care a lucrat în laboratorul Biofizicianul englez A. Hill, se arată, de exemplu, că numai nervul crab consumă 50% din cantitatea de oxigen care este necesară atunci când întărit de lucru. În legătură cu aceste date Hill a scris: „Astfel, fără a face nimic, doar fiind într-o stare de pregătire pentru a răspunde, nervoase consumă aproximativ jumătate din energia pe care o utilizează cu un răspuns maxim.“ Acum este cunoscut faptul că această energie este în principal consumată de hectare menține concentrațiile de ioni, și, în consecință, pentru a menține potențialul de repaus.






Amintiți-vă că PP este în principal creat datorită diferenței de concentrații de potasiu din interiorul celulei, unde există multe și în afara celulei unde este mică. Dar membrana este permeabilă, deși într-o mică măsură, și pentru ionii de sodiu. Ioniții de sodiu trebuie să pătrundă în interiorul celulei de-a lungul gradientului potențial, iar ionii de potasiu trebuie să iasă în loc. Datorită acestui proces, PP trebuie să scadă treptat. Cu toate acestea, în organismele vii acest lucru nu se întâmplă. Există un mecanism care păstrează PP tot timpul și, prin urmare, diferența de concentrații de potasiu în interiorul și în exteriorul celulei. Acest mecanism trebuie să deplaseze ionii de potasiu în interiorul celulei, adică în cazul în care concentrația lor este mai mare decât în ​​afara și astfel de mișcări față de gradientul de concentrare necesită cheltuieli de energie.
Dovezi indirecte care arată că energia de repaus este consumat pentru a menține nervul PP au fost obținute în anii '30, când R. Gerard a arătat că valoarea PP în fibra nervoasă este direct dependentă de concentrația de oxigen din fibra mediu de spălare.
Studiul mecanismului de mentinere a concentratiei de ioni este una din sarcinile importante ale bioenergeticii - diviziunea biologiei moleculare. Bioenergetica, care studiază în cazul în care o celulă vii primește energie și la ce cheltuiește, a fost strâns legată de electrobiologie. Care sunt mecanismele moleculare pentru menținerea concentrațiilor ionice?
Am spus deja că diferite tipuri de molecule de proteine ​​sunt integrate în membrana celulară exterioară. Se pare că unele dintre aceste molecule joacă un rol deosebit de pompe „pomparea“ ionii de potasiu în celulă și pomparea ionilor de sodiu în exterior. Se numesc pompe de ioni. Aceste proteine. foarte aranjate, sunt o mașină moleculară reală care poate face lucruri uimitoare. De exemplu, se arată că are două centre active, dintre care unul poate capta ionul de potasiu, iar celălalt - de sodiu. S-a găsit și "combustibilul" pe care funcționează această mașină. Acest compus chimic special este acidul adenozin trifosforic. De asemenea, cunoscut este „eficienta“ a combustibilului: Experimentele cu izotopi radioactivi au aratat ca o molecula de ATP energie descompunere suficienta pentru pomparea trei ioni de sodiu în celulă și de pompare, cei doi ioni de potasiu. Cum funcționează această mașină moleculară nu este exact cunoscută, dar se poate imagina, de exemplu, o astfel de schemă. Capturarea un centru activ al mediului extern al ionului de potasiu, iar celălalt - al interior - ionul de sodiu, consumă ATP, se rotește în interiorul membranei, la 180 °. ion de sodiu este în afara celulei și este separat acolo, și ioni de potasiu, de asemenea, cade în și eliberat, după care molecula de proteină adoptă poziția sa inițială și începe din nou. Această proteină, descoperită în 1957 de S. Skou, este denumită de obicei pompa de sodiu-potasiu.






Dacă opriți alimentarea cu oxigen a celulei, atunci ATP dispare după un timp și transferul de potasiu și sodiu se oprește; atunci diferențele de concentrație încep să egalizeze și PP începe să scadă. Dacă ATP este introdus într-o astfel de celulă, pompa reia funcționarea și PP este restabilită. Acest lucru explică experiențele lui Jarard.
Știm că procesele din organism sunt reglementate. Inima unui alergător bate de trei ori mai des decât o persoană care stă liniștit. Munca inimii este reglementată de sistemul nervos. Este posibil să se reglementeze cumva modul de lucru al unei molecule, să se controleze o mașină moleculară?
Sa dovedit că activitatea pompelor de ioni este controlată de concentrația de ioni în interiorul și în exteriorul celulei. În acest caz, pompa este accelerată de un exces de ioni de potasiu din exteriorul celulei sau de ioni în exces de sodiu din interiorul celulei.
Deoarece pompa de potasiu de sodiu pompează mai mulți ioni de sodiu decât pompați în ioni de potasiu, schimbă nu numai concentrația acestor ioni, ci și potențialul membranei. Prin urmare, o pompă de sodiu-potasiu este numită o pompă electrogenică. În fiecare ciclu de funcționare, pompa aruncă în exces ionul de sodiu și astfel hiperpolarizează membrana. După unul sau mai multe PD-uri, excesul Ka + apare în celulă; acest lucru activează pompa. Sifonarea intensă a sodiului. pompa poate hiperpolariza vizibil membrana: MP poate fi cu 20 mV mai mare decât PP datorită funcționării pompei. Astfel, pompele nu numai că afectează concentrațiile de ioni, dar pot fi de asemenea surse ale unei diferențe semnificative de potențial.
Am studiat pe scurt lucrarea uneia dintre proteinele membranare - pompa de sodiu-potasiu. În viitor, va trebui să vorbim despre multe alte proteine ​​cu membrană. Dar o observație importantă poate fi făcută după acest prim exemplu. Până în prezent am considerat astfel de procese, care au procedat destul de identic atât în ​​sistemele fizice, cât și în cele biologice. PP apare exact la fel pe membrana semipermeabilă a fibrei nervoase. și pe peretele semipermeabil al tubului de lut. Acum pentru prima dată ne confruntăm cu un fenomen care nu se produce în fizică, deoarece este rezultatul evoluției biologice. Este o mașină, dimensiunea unei singure molecule, pompând ioni prin membrană. Lucrarea acestei mașini poate fi reglementată atât de resursele energetice, cât și de situația din mediul înconjurător. Ne vom întâlni cu mașini moleculare diferite în viitor.
Ce alte pompe sunt acolo?
Cel mai important rol în implementarea unei varietăți de funcții celulare îl joacă ionul de calciu. În repaus în interiorul celulei, există foarte puțini ioni de calciu liber comparativ cu mediul înconjurător - doar 10







Articole similare

Pagina anterioară

Pagina următoare

Trimiteți-le prietenilor: