Na⁺ / K⁺-ATPase (Natrium-Kalium-Adenosin-Triphosphatase, auch bekannt als Na⁺ / K⁺-Pumpe oder Natrium-Kalium-Pumpe ) ist eine Enzym (eine elektrogene Transmembran-ATPase) in der Plasmamembran aller tierischen Zellen. Es erfüllt mehrere Funktionen in der Zellphysiologie.
Das Na +
/ K +
-ATPase-Enzym ist eine gelöste Pumpe, die Natrium aus den Zellen pumpt, während sie Kalium in die Zellen pumpen, beide gegen ihre Konzentration Farbverläufe. Dieses Pumpen ist aktiv (d. H. Es verwendet Energie aus ATP). Für jedes ATP-Molekül, das die Pumpe verwendet, werden drei Natriumionen exportiert und zwei Kaliumionen importiert. Es wird also ein Nettoexport einer einzelnen positiven Ladung pro Pumpenzyklus durchgeführt.
Die Natrium-Kalium-Pumpe wurde 1957 vom dänischen Wissenschaftler Jens Christian Skou entdeckt, der 1997 für seine Arbeit mit dem Nobelpreis ausgezeichnet wurde. Seine Entdeckung war ein wichtiger Schritt nach vorn, um zu verstehen, wie Ionen in und aus Ionen gelangen Zellen, und es hat besondere Bedeutung für erregbare Zellen wie Nervenzellen, die auf diese Pumpe angewiesen sind, um auf Reize zu reagieren und Impulse zu übertragen.
Eine alternative Theorie, Lings Adsorptionstheorie, postuliert, dass das Membranpotential und das Aktionspotential einer lebenden Zelle auf die Adsorption mobiler Ionen an Adsorptionsstellen von Zellen zurückzuführen sind. [1]
All Säugetiere haben vier verschiedene Natriumpumpen-Subtypen oder Isoformen. Jedes hat einzigartige Eigenschaften und Gewebeexpressionsmuster. [2]
Funktion [ edit ]
Die Na +
/ K + +
+ -ATPase hilft, das Ruhepotenzial aufrechtzuerhalten, den Transport zu beeinflussen und das Zellvolumen zu regulieren. [3] Es fungiert auch als Signalwandler / Integrator zur Regulierung des MAPK-Signalwegs, des ROS sowie des intrazellulären Kalziums. In den meisten Tierzellen ist der Na +
/ K +
-ATPase für etwa 1/4 des Energieverbrauchs der Zelle verantwortlich. [19659022] Zitat erforderlich ] Für Neuronen kann der Na +
/ K +
-ATPase für bis zu 3/4 der Zustände verantwortlich sein Energieverbrauch der Zelle. [4]
Ruhepotential [ edit ]
/ K +
[19456501]] sowie Diffusionseffekte der beteiligten Ionen halten das Ruhepotential über die Membranen aufrecht.
Um das Zellmembranpotential aufrechtzuerhalten, behalten Zellen eine niedrige Konzentration an Natriumionen und einen hohen Kaliumgehalt in der Zelle (intrazellulär) bei ). Der Natrium-Kalium-Pumpmechanismus fördert 3 Natriumionen und 2 Kaliumionen, sodass insgesamt ein positiver Ladungsträger aus dem intrazellulären Raum entfernt wird (Einzelheiten finden Sie unter Mechanismus).
Transport [ edit ]
Der Export von Natrium aus der Zelle ist die treibende Kraft für mehrere sekundäre aktive Transporter-Membrantransportproteine, die Glukose, Aminosäuren und andere Nährstoffe in die Zelle importieren Zelle unter Verwendung des Natriumgradienten.
Eine weitere wichtige Aufgabe der Na +
- K +
Pumpe besteht in der Bereitstellung einer Na +
Gradient, der von bestimmten Trägerprozessen verwendet wird. Im Darm wird beispielsweise Natrium aus der reabsorbierenden Zelle auf der Seite des Blutes (interstitielle Flüssigkeit) über Na +
- K +
transportiert ] pumpen, während auf der reabsorbierenden (lumenalen) Seite der Na +
- Glukosesymporter den erzeugten Na +
[19456501] verwendet Gradient als Energiequelle, um sowohl Na +
als auch Glukose zu importieren, was weitaus effizienter ist als die einfache Diffusion. Ähnliche Prozesse befinden sich im renalen Tubulussystem.
Steuern des Zellvolumens [ edit ]
Versagen des Na +
- K +
Pumpen können zu einer Schwellung der Zelle führen. Die Osmolarität einer Zelle ist die Summe der Konzentrationen der verschiedenen Ionenspezies und vieler Proteine und anderer organischer Verbindungen in der Zelle. Wenn dies höher ist als die Osmolarität außerhalb der Zelle, fließt Wasser durch Osmose in die Zelle. Dadurch kann die Zelle anschwellen und lysieren. Die Pumpe Na +
- K +
hilft, die richtigen Ionenkonzentrationen aufrechtzuerhalten.
Wenn die Zelle zu schwellen beginnt, aktiviert dies außerdem automatisch die Pumpe Na +
- K +
[19456526] ] Zitat benötigt ]
Funktion als Signalwandler [ edit ]
Innerhalb des letzten Jahrzehnts [ als Viele unabhängige Labore haben gezeigt, dass dieses Membranprotein zusätzlich zum klassischen Ionentransport auch extrazelluläre Ouabain-Bindungssignale durch Regulierung der Proteintyrosinphosphorylierung in die Zelle übertragen kann. Die nachgelagerten Signale durch ouabain-ausgelöste Proteinphosphorylierungsereignisse umfassen die Aktivierung der Mitogen-aktivierten Proteinkinase (MAPK) -Signalkaskaden, die Produktion von mitochondrialen reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) sowie die Aktivierung von Phospholipase C (PLC) und Inositoltriphosphat (IP3). Rezeptor (IP3R) in verschiedenen intrazellulären Kompartimenten [5]
Protein-Protein-Wechselwirkungen spielen eine sehr wichtige Rolle in Na +
- - K +
pumpvermittelte Signaltransduktion. Zum Beispiel Na +
- K +
interagieren die Pumpen direkt mit Src, einer Nichtrezeptor-Tyrosinkinase, um einen Signalrezeptor zu bilden Komplex. [6] Src-Kinase wird durch Na +
- K +
-Pumpe gehemmt, während nach ouabain-Bindung die Src-Kinase Domain wird freigegeben und dann aktiviert. Basierend auf diesem Szenario wurde NaKtide, ein Peptid-Src-Inhibitor, der von der Na +
- K +
[19456501] abgeleitet ist, als funktionaler Aufbau entwickelt Na +
- K +
pumpenvermittelte Signaltransduktion. + + . - K +
Pumpe interagiert auch mit Ankyrin, IP3R, PI3K, PLC-Gamma und Cofilin. [8]
Steuern von Neuronaktivitätszuständen [[19456501]]
Die Na +
- K +
wurde gezeigt, um den intrinsischen Aktivitätsmodus von Kleinhirn-Purkinje-Neuronen zu steuern und einzustellen. [9] Nebengeruchsbirnen-Mitralzellen [10] und wahrscheinlich andere Neuronentypen. [11] Dies legt nahe, dass die Pumpe möglicherweise nicht einfach ein homöostatisches "Housekeeping" -Molekül für Ionengradienten ist, sondern ein Berechnungselement das Kleinhirn und das Gehirn. [12] Tatsächlich verursacht eine Mutation in der Na +
+ +
[19599004] eine schnelle Dystonie. Parkinsonismus, der Symptome aufweist, um darauf hinzuweisen, dass es sich um eine Pathologie der Kleinhirnberechnung handelt. [13] Außerdem ein Ouabain-Block von Na +
- K +
] Pumps im Kleinhirn einer lebenden Maus zeigen Ataxie und Dystonie. [14] Alkohol hemmt Natrium-Kalium-Pumps im Kleinhirn, und dies führt wahrscheinlich zu einer Korruption der Kleinhirnberechnung und der Körperkoordination. [15][16] Die Verteilung der Na +
- K +
- Pumpe auf myelinisierten Axonen im menschlichen Gehirn zeigte sich entlang des internodalen Axolemmas und nicht im Rahmen des nodalen Axolemmas, wie zuvor angenommen. [17]
Mechanismus [ ]
- Nach der Bindung von ATP bindet die Pumpe 3 intrazelluläres Na
] Ionen. [3] - ATP wird hydrolysiert, was zur Phosphorylierung der Pumpe an einem hochkonservierten Aspartatrückstand und anschließender Freisetzung von ADP führt.
- Eine Konformationsänderung in der Pumpe führt zu +
Ionen nach außen. Die phosphorylierte Form der Pumpe hat eine geringe Affinität für Na +
Ionen, so dass sie freigesetzt werden. - Die Pumpe bindet 2 extrazelluläres K +
] Ionen. Dies bewirkt die Dephosphorylierung der Pumpe, die sie in ihren vorherigen Konformationszustand zurückversetzt und die Ionen [1945651] K +
in die Zelle transportiert. - Die unphosphorylierte Form der Pumpe hat eine höhere Affinität für Na +
- Ionen als K +
- Ionen, so dass die beiden K +
waren ] Ionen werden freigesetzt. ATP bindet, und der Prozess beginnt von Neuem.
Verordnung [ edit ]
Endogen []
Na [19659003] +
/ K +
-ATPase wird durch cAMP hochreguliert. [18] Somit regulieren Substanzen, die eine Erhöhung des cAMP bewirken, das [1945650100] Na / K +
-ATPase. Dazu gehören die Liganden der G s -gekoppelten GPCRs. Im Gegensatz dazu regulieren Substanzen, die eine Abnahme von cAMP verursachen, die Na +
/ K +
-ATPase herab. Dazu gehören die Liganden der G i -gekoppelten GPCRs.
Anmerkung: Frühe Studien zeigten den Effekt gegenüber der später jedoch aufgrund zusätzlicher komplizierender Faktoren als ungenau befunden wurde. Zitat erforderlich
Exogen [19659011] [ edit ]
Die Na +
- K +
- - kann pharmakologisch verändert werden durch exogene Verabreichung von Medikamenten.
Zum Beispiel Na +
- K +
-ATPase, die in der Membran von Herzzellen gefunden wird, ist ein wichtiges Ziel von Herz Glykoside (z. B. Digoxin und Ouabain), inotrope Arzneimittel zur Verbesserung der Herzleistung durch Erhöhung der Kontraktionskraft.
Die Muskelkontraktion ist abhängig von einer 100- bis 10.000-fach höheren als intrazellulären Ruhe Ca 2+
die durch Ca verursacht wird. 2+
Freisetzung aus dem sarkoplasmatischen Retikulum der Muskelzellen. Unmittelbar nach der Muskelkontraktion wird intrazelluläres Ca 2+
durch ein Trägerenzym in der Plasmamembran und eine Kalziumpumpe im sarkoplasmatischen Retikulum schnell wieder in seine normale Konzentration gebracht, wodurch sich der Muskel entspannt .
Seit diesem Trägerenzym ( Na +
- Ca 2+
Translocator) wird der durch erzeugte Na-Gradient verwendet. Na +
- K +
Pumpe zum Entfernen Ca 2+
[19456501] aus dem Schleudern Na +
- K +
Pumpe führt zu einer permanent erhöhten 2
im Muskel, was der Mechanismus der langfristigen inotropen Wirkung von Herzglykosiden wie Digoxin sein kann.
Discovery [ edit ]
Na +
/ K +
-ATPase wurde von Jens Christian Skouou entdeckt 1957 während seiner Tätigkeit als Assistenzprofessor an der Abteilung für Physiologie der Universität Aarhus, Dänemark. In diesem Jahr veröffentlichte er sein Werk. [19]
1997 erhielt er die Hälfte des Nobelpreises für Chemie "für die erste Entdeckung eines ionen transportierenden Enzyms, Na [19659003] +
K +
-ATPase. "[20]
Zusätzliche Bilder [ edit
die Natrium-Kalium-Austauschpumpe.
Siehe auch [ edit ]
Literaturhinweise [ edit
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