pompa natrium kalium adalah struktur protein termasuk dalam satu set yang lebih luas dari molekul hadir di banyak membran sel, dan yang bertanggung jawab untuk pengangkutan aktif ion atau molekul kecil lainnya terhadap gradien konsentrasi mereka. Mereka menggunakan energi yang dilepaskan oleh hidrolisis ATP dan itulah sebabnya mereka secara umum disebut ATPase.
Pompa natrium kalium adalah Na + / K + ATPase karena melepaskan energi yang terkandung dalam molekul ATP untuk memindahkan natrium dari dalam ke luar sel, sambil memasukkan kalium.
Skema pompa natrium kalium. Eksterior dan interior sel. (Sumber: Miguelferig, melalui Wikimedia Commons)
Di dalam sel, natrium kurang pekat (12 mEq/L) daripada di luar (142 mEq/L), sedangkan kalium lebih pekat di luar (4 mEq/L) daripada di dalam (140 mEq/L).
Pompa ATPase diklasifikasikan menjadi tiga kelompok besar:
- Pompa ion tipe F dan V : mereka adalah struktur yang cukup kompleks, mereka dapat terdiri dari 3 jenis subunit transmembran yang berbeda dan hingga 5 polipeptida terkait dalam sitosol. Mereka berfungsi sebagai pengangkut proton.
- Superfamili ABC ( A TP- B inding C assette = ATP binding kaset): terdiri dari lebih dari 100 protein yang dapat berfungsi sebagai pengangkut ion, monosakarida, polisakarida, polipeptida, dan bahkan protein lainnya.
- Bom ion kelas P : dibentuk oleh setidaknya satu subunit alfa transmembran katalitik yang memiliki tempat pengikatan untuk ATP dan subunit minor. Selama proses transpor, subunit difosforilasi dan karenanya dinamai “P”.
Pompa natrium kalium (Na + / K + ATPase) termasuk dalam kelompok pompa ion kelas P dan ditemukan pada tahun 1957 oleh Jens Skou, seorang peneliti Denmark, ketika ia sedang mempelajari mekanisme kerja anestesi pada saraf kepiting ( Carcinus maenas ); pekerjaan yang dia dianugerahi Hadiah Nobel dalam Kimia pada tahun 1997.
Pompa natrium kalium. NaKpompe2.jpg: Phi-Gastrein di fr.wikipedia Karya turunan: sonia / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)
Indeks artikel
Struktur pompa natrium kalium
Pompa natrium kalium adalah enzim yang dilihat dari struktur kuartenernya terdiri dari 2 subunit protein tipe alfa (α) dan dua beta (β).
Oleh karena itu, ini adalah tetramer tipe 2β2, yang subunitnya merupakan protein membran integral, yaitu, mereka melintasi lapisan ganda lipid dan memiliki domain intra dan ekstra-sitosol.
Subunit alfa dan beta dari pompa kalium. Rob Cowie / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)
Subunit alfa
Subunit adalah subunit yang mengandung tempat pengikatan untuk ATP dan untuk ion Na + dan K + dan mewakili komponen katalitik enzim dan yang menjalankan fungsi pompa itu sendiri.
Subunit adalah polipeptida besar, dengan berat molekul 120 kDa, 10 segmen transmembran dan dengan N- dan C-termini terletak di sisi sitosol.
Di sisi intraseluler, mereka memiliki situs pengikatan untuk ATP dan Na +, serta residu aspartat pada posisi 376 yang mewakili situs yang mengalami proses fosforilasi selama aktivasi pompa.
Situs pengikatan untuk K + tampaknya berada di sisi ekstraseluler.
Subunit beta
Subunit tampaknya tidak memiliki partisipasi langsung dalam fungsi pemompaan, tetapi jika tidak ada, fungsi ini tidak terjadi.
Subunit masing-masing memiliki berat molekul sekitar 55 kDa dan merupakan glikoprotein dengan domain transmembran tunggal yang residu karbohidratnya disisipkan di daerah ekstraseluler.
Mereka tampaknya diperlukan dalam retikulum endoplasma, di mana mereka akan berkontribusi pada pelipatan yang tepat dari subunit , dan kemudian, pada tingkat membran, untuk menstabilkan kompleks.
Kedua jenis subunit heterogen dan 1, 2 dan 3 isoform telah dijelaskan untuk satu, dan 1, 2 dan 3 untuk yang lain. 1 ditemukan di membran sebagian besar sel, sedangkan 2 ada di otot, jantung, jaringan adiposa dan otak dan 3 di jantung dan otak.
Isoform 1 memiliki distribusi yang paling difus, meskipun tidak ada di beberapa jaringan seperti sel vestibular telinga bagian dalam dan sel otot glikolitik yang merespon dengan cepat. Yang terakhir hanya berisi 2.
Struktur yang berbeda dari subunit yang membentuk pompa Na + / K + di jaringan yang berbeda mungkin disebabkan oleh spesialisasi fungsional yang belum dijelaskan.
Fungsi pompa kalium
Untuk setiap saat dipertimbangkan, membran plasma merupakan batas pemisahan antara kompartemen yang sesuai dengan bagian dalam sel dan yang mewakili cairan ekstraseluler di mana ia terbenam.
Kedua kompartemen memiliki komposisi yang dapat berbeda secara kualitatif, karena ada zat di dalam sel yang tidak ditemukan di luarnya dan cairan ekstraseluler mengandung zat yang tidak ada di dalam sel.
Zat yang ada di kedua kompartemen dapat ditemukan dalam konsentrasi yang berbeda, dan perbedaan ini dapat memiliki signifikansi fisiologis. Seperti halnya dengan banyak ion.
Pemeliharaan homeostasis
Pompa Na + / K + memainkan peran mendasar dalam mempertahankan homeostasis intraseluler dengan mengontrol konsentrasi ion natrium dan kalium. Pemeliharaan homeostasis ini dicapai berkat:
- Transpor ion : memasukkan ion natrium dan mengeluarkan ion kalium, suatu proses yang juga mendorong pergerakan molekul lain melalui pengangkut lain yang bergantung pada muatan listrik atau konsentrasi internal ion ini.
- Kontrol volume sel : masuk atau keluarnya ion juga menyiratkan pergerakan air di dalam sel, sehingga pompa berpartisipasi dalam kontrol volume sel.
- Pembangkitan potensial membran : pengusiran 3 ion natrium untuk setiap 2 ion kalium yang dimasukkan membuat membran tetap bermuatan negatif di bagian dalam, yang menghasilkan perbedaan muatan antara bagian dalam dan luar sel. Perbedaan ini dikenal sebagai potensial istirahat.
Na+ memiliki konsentrasi ekstraseluler sekitar 142 mEq/L, sedangkan konsentrasi intraselulernya hanya 12 mEq/L; K +, di sisi lain, lebih terkonsentrasi di dalam sel (140 mEq / L) daripada di luarnya (4 mEq / L).
Meskipun muatan listrik ion-ion ini tidak memungkinkan mereka melewati membran, ada saluran ion yang memungkinkannya (secara selektif), yang mendorong pergerakan jika gaya yang biasanya menggerakkan ion-ion ini juga ada.
Namun, perbedaan konsentrasi ini sangat penting dalam pelestarian homeostasis organisme dan harus dipertahankan dalam semacam keseimbangan yang, jika hilang, akan menghasilkan perubahan organik yang penting.
Difusi dan pompa natrium kalium (Sumber: BruceBlaus. Saat menggunakan gambar ini di sumber eksternal, dapat dikutip sebagai: staf Blausen.com (2014). “Galeri Medis Blausen Medical 2014”. WikiJournal of Medicine 1 (2). DOI: 10.15347 / wjm / 2014.010. ISSN 2002-4436. Turunan oleh Mikael Häggström / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0) melalui Wikimedia Commons)
- Perbedaan konsentrasi Na + antara bagian dalam dan luar sel menciptakan gradien kimia yang mendorong natrium ke dalam dan menyebabkan ion ini terus masuk dan cenderung menghilangkan perbedaan itu, yaitu untuk menyamakan konsentrasi di kedua sisi.
- Gradien kalium dipertahankan dalam arah yang berlawanan, yaitu dari dalam ke luar, memungkinkan keluarnya ion secara konstan dan reduksi internal dan peningkatan eksternalnya.
Fungsi pompa Na + / K + memungkinkan ekstraksi natrium yang telah masuk melalui difusi melalui saluran atau rute transportasi lain dan pengenalan kembali kalium yang telah berdifusi ke luar, memungkinkan pelestarian konsentrasi intra dan ekstraseluler ion-ion ini.
Mekanisme (proses)
Mekanisme kerja Na + / K + ATPase terdiri dari siklus katalitik yang melibatkan reaksi transfer gugus fosforil (Pi) dan perubahan konformasi enzim dari keadaan E1 ke keadaan E2 dan sebaliknya.
Operasi ini membutuhkan adanya ATP dan Na+ di dalam sel dan K+ di dalam cairan ekstrasel.
Pengikatan ion natrium ke transporter
Siklus dimulai dalam keadaan konformasi E1 enzim, di mana ada 3 situs sitosolik yang mengikat Na + dan afinitas tinggi (Km 0,6 mM) yang terisi penuh karena konsentrasi intra-ion (12 mM) memungkinkannya.
Hidrolisis ATP
Dalam keadaan ini (E1) dan dengan Na + yang terikat pada tempat pengikatannya, ATP berikatan dengan situsnya di sektor sitosol molekul, terhidrolisis dan gugus fosfat ditransfer ke aspartat 376, membentuk asilfosfat berenergi tinggi yang menginduksi konformasi. berubah ke status E2.
Pengusiran 3 ion natrium dan pengenalan 2 ion kalium
Perubahan konformasi ke keadaan E2 menyiratkan bahwa situs pengikatan Na + lewat ke luar, afinitasnya terhadap ion sangat berkurang dan dilepaskan ke dalam cairan ekstraseluler, sementara, pada saat yang sama, afinitas situs pengikatan K + meningkat, dan ion-ion ini melekat pada bagian luar pompa.
Selama keadaan E2, ion Na + dilepaskan ke sisi lain membran.
Pada gilirannya, keadaan pompa yang baru ini menghasilkan afinitas untuk pengikatan ion K+.
Pembalikan dari E2 ke E1
Setelah Na + dilepaskan dan K + terikat, hidrolisis aspartil fosfat terjadi dan perubahan konformasi dari keadaan E2 ke keadaan E1 dikembalikan, dengan pengenalan kembali situs pengikatan Na + yang kosong dan situs pengikatan K + yang terisi. .
Ketika perubahan ini terjadi, situs untuk Na + mendapatkan kembali afinitasnya dan situs untuk K + kehilangannya, yang dengannya K + dilepaskan ke dalam sel.
Pentingnya
Dalam menjaga osmolaritas seluler
Pompa Na + / K + hadir di sebagian besar, jika tidak semua, sel mamalia, di mana pompa ini sangat penting secara umum dengan membantu mempertahankan osmolaritasnya dan karenanya volumenya .
Masuknya ion natrium secara terus menerus ke dalam sel menyebabkan peningkatan jumlah partikel intraseluler yang aktif secara osmotik, yang menginduksi masuknya air dan peningkatan volume yang pada akhirnya akan menyebabkan pecahnya membran dan kolaps sel.
Dalam pembentukan potensial membran
Karena pompa-pompa ini hanya memperkenalkan 2 K + untuk setiap 3 Na + yang mereka keluarkan, mereka berperilaku secara elektrogenik, yang berarti bahwa mereka “mendekompensasi” muatan listrik internal, mendukung produksi karakteristik potensial membran sel-sel tubuh.
Pentingnya juga terbukti dalam kaitannya dengan sel-sel yang membentuk jaringan yang dapat dirangsang, di mana potensial aksi dicirikan oleh masuknya ion Na +, yang mendepolarisasi sel, dan keluarnya K +, yang merombaknya.
Pergerakan ionik ini dimungkinkan berkat pengoperasian pompa Na + / K +, yang berkontribusi pada produksi gradien kimia yang menggerakkan ion yang terlibat.
Tanpa pompa ini, yang beroperasi dalam arah yang berlawanan, gradien konsentrasi ion-ion ini akan menghilang dan aktivitas rangsang akan hilang.
Dalam fungsi ginjal
Aspek lain yang menyoroti pentingnya pompa natrium-kalium terkait dengan fungsi ginjal, yang tidak mungkin tanpa mereka.
Fungsi ginjal melibatkan penyaringan harian kurang lebih 180 liter plasma dan sejumlah besar zat, beberapa di antaranya harus diekskresikan, tetapi banyak yang harus diserap kembali agar tidak hilang dalam urin.
Reabsorpsi natrium, air, dan banyak zat yang disaring bergantung pada pompa ini, yang terletak di membran basolateral sel yang membentuk epitel segmen tubulus yang berbeda dari nefron ginjal.
Sel-sel epitel yang melapisi tubulus ginjal memiliki satu sisi yang bersentuhan dengan lumen tubulus dan disebut sisi apikal, dan sisi lain yang bersentuhan dengan interstitium di sekitar tubulus dan disebut sisi basolateral.
Air dan zat-zat yang direabsorbsi pertama-tama harus masuk ke dalam sel melalui apikal dan kemudian ke interstitium melalui basolateral.
Reabsorpsi Na + adalah kunci baik dalam kaitannya dengan itu, seperti dalam kaitannya dengan air dan zat lain yang bergantung padanya. Masuknya Na+ ke apikal ke dalam sel memerlukan adanya gradien yang menggerakkannya dan itu menyiratkan konsentrasi ion yang sangat rendah di dalam sel.
Konsentrasi Na+ intraseluler yang rendah ini dihasilkan oleh pompa natrium di membran basolateral yang bekerja secara intensif untuk mengeluarkan ion dari sel ke dalam interstitium.
Referensi
- Ganong WF: Dasar Umum & Seluler dari Fisiologi Medis, dalam: Review of Medical Physiology , 25th ed. New York, Pendidikan McGraw-Hill, 2016.
- Guyton AC, Hall JE: Substance Transport Melintasi Membran Sel, dalam: Textbook of Medical Physiology , 13th ed, AC Guyton, JE Hall (eds). Philadelphia, Elsevier Inc., 2016.
- Lodish H, Berk A, Zipursky SL, Matsudaira P, Baltimore D, Darnell J: Transportasi melintasi Membran Sel, Dalam: Biologi Molekuler dan Sel, ed ke-4.
- Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Prinsip biokimia Lehninger. Macmillan.
- Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2013). Biologi sel esensial. Ilmu Garland.
