Informacja

Dlaczego K+ wyprowadza się z komórki?

Dlaczego K+ wyprowadza się z komórki?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Czytałem tę stronę: Potencjały równowagi, kiedy znalazłem następujący przykład na końcu strony: „Jeśli K+ potencjał równowagi wynosi -90 mV, a potencjał błonowy -70 mV, w jakim kierunku będzie K+ przejdź przez otwarte K+ kanały?”.

Witryna podaje odpowiedź i okazuje się, że K+ wychodzi z celi. Nie jestem do końca pewien, czy rozumiem, dlaczego tak jest.

(1) Ponieważ potencjał równowagi dla K+ wynosi -90mV, oznacza to, że obszar wewnątrzkomórkowy musi być naładowany ujemnie, przy -90mV, aby mieć zerowy strumień K+ przez błonę. Dlatego K+ opuści ogniwo, czyniąc wnętrze bardziej ujemnym od -70mV do -90mV.

(2) Ale spoczynkowy potencjał błonowy nadal wynosi -70mV. Czy ten potencjał błonowy zostanie ustanowiony przez inne jony? Jeśli nie, K+ zostanie ponownie wciągnięty do celi, wtedy nie będziemy w stanie stwierdzić, że K+ wychodzi.

(3) Uważam, że warunki początkowe są nieco mylące. „K+" gaśnie oznacza, że ​​musi istnieć różnica potencjałów. Czy pytanie zakłada, że ​​jako warunki początkowe mamy takie samo stężenie K+ po obu stronach? W przeciwnym razie nie jest jasne, dlaczego K+ powinien przestać opuszczać komórkę w dowolnym momencie (nawet gdy jest w stanie równowagi).

(4) Czy możemy stwierdzić, co do zasady, że jeśli MRP jest potencjałem spoczynkowym błony, a EP jest X+ potencjał równowagi, to X+ opuszcza komórkę, jeśli EPMRP. Czy role zostaną odwrócone dla X?-?


Druga odpowiedź jest nieco myląca.

„Inną przyczyną jest wewnątrzkomórkowe stężenie K+”

Nie, to jest dokładnie z tej samej przyczyny, różne stężenia są tym, co powoduje potencjał równowagi. Możesz myśleć o potencjale równowagi dla jednego jonu jako „ile napięcia musi być, aby zapobiec spływaniu tego jonu w dół gradientu stężenia." Równanie Nernsta podaje potencjał równowagi dla dowolnego jonu. Potencjał równowagi jest również znany jako "potencjał odwrócenia", ponieważ jeśli napięcie przekroczy potencjał równowagi, jony będą płynąć w przeciwnym kierunku, przeciwko ich gradient stężenia.

Nie dajcie się zmylić potencjałowi spoczynkowemu, ponieważ jest to tylko potencjał, który komórka sama sobie organizuje, aby utrzymać stabilne środowisko. Kosztowało to dużo energii i uwagi w postaci syntezy białek, aby utrzymać ten potencjał. Mechanizm ten jest realizowany przez pompę jonową Na+-K+

Potencjał spoczynkowy nie polega na „utrzymywaniu stabilnego środowiska” ani nic w tym rodzaju. Potencjał spoczynkowy to potencjał netto, który komórka osiąga dzięki przewodnościom różnych jonów i przepływowi prądu każdego jonu, regulowanemu przez własny potencjał równowagi.

Mechanizm ten jest realizowany przez pompę jonową Na+-K+, która wymienia te dwa jony

To częściowo prawda, ale znowu myląca. Pompa Na+/K+ ustala względne stężenie jonów, co prowadzi tylko do pewnego potencjału spoczynkowego, ponieważ przewodnictwo różnych jonów zmienia się w spoczynku. Ponieważ przewodność K+ jest wyższa w spoczynku niż przewodność Na+, potencjał spoczynkowy jest bliższy potencjałowi równowagi dla K+. Gdyby pompa Na+/K+ działała dokładnie tak, jak działa, wypompowując Na+ i K+ do środka, ale membrana byłaby bardziej przepuszczalna dla Na+, wówczas potencjał spoczynkowy byłby raczej dodatni niż ujemny. Wszystko, co ma znaczenie dla potencjału spoczynkowego, to względne stężenia jonów i przewodnictwo. Równanie Goldmana jest sposobem na obliczenie tego potencjału spoczynkowego.

Co się dzieje z K+, gdy komórka ma potencjał spoczynkowy -70mV, ale równowaga K+ wynosi -90mV?

Ponieważ potrzebujesz -90mV, aby "zatrzymać" potas wbrew jego gradiencie stężenia, przy -70mV K+ wypłynie z komórki. Jednak z definicji potencjał spoczynkowy to potencjał, przy którym prąd netto będzie zero. Oznacza to, że tak, inne jony muszą być zaangażowane. W tym miejscu bardzo przydatne jest równanie Goldmana.

Chociaż K+ może być jonem o najwyższej przewodności membranowej, zawsze będzie też jakiś wyciek jonów Na+ i Cl- (zwykle inne jony są ignorowane, ponieważ te trzy są głównymi graczami; inne jony mogą być ważne w niektórych sytuacjach). Dlatego, jeśli -70mV jest w stanie spoczynku, musi być co najmniej tyle jonów Na+ wpływających lub wypływających jonów Cl-, ile jonów K+ wypływa.

Możesz obliczyć te prądy, jeśli znasz przewodność każdego jonu i potencjał równowagi dla każdego jonu, korzystając z prawa Ohma: I = V/R, gdzie R to 1/przewodność, a V to różnica między napięciem prądu a potencjałem równowagi. Wypróbuj to z równaniem Goldmana! Jeśli użyjesz napięcia, które daje równanie Goldmana (potencjał spoczynkowy), przekonasz się, że prąd netto wynosi zero!

OK, do tej pory odpowiedzieliśmy na Twoje pytania (1) i (2). Teraz (3): stwierdzasz „W przeciwnym razie nie jest jasne, dlaczego K+ miałby przestać opuszczać komórkę w dowolnym momencie”. Ważne jest, aby to zauważyć potencjał równowagi nie oznacza, że ​​jony się nie poruszają: oznacza to, że napięcie się nie zmienia. Jeśli po prostu zostawisz komórkę przy -70mV i poczekasz trochę czasu, w końcu stężenia różnych jonów zmienią się. W tym miejscu wkracza pompa Na+/K+: ta ATP-aza stale wypompowuje trochę K+ i Na+, aby przeciwdziałać wyciekowi, który występuje przy potencjale spoczynkowym. Jony Cl- również się poruszają, ale przeważnie pasywnie. Należy również pamiętać, że bardzo niewiele jonów musi się przemieścić, aby potencjał zmienił się rzędu miliwoltów. -70mV może wydawać się dużo, ale siły elektryczne są bardzo potężne, więc bardzo niewiele jonów w stosunku do wszystkich dostępnych jonów musi się poruszać.

Nie do końca rozumiem, o co pytasz (4), ale jeśli możesz edytować pytanie, postaram się odpowiedzieć również na to pytanie. Możliwe, że już odpowiedziałem na twoje pytanie, mówiąc o tym, co oznacza "potencjał równowagi" dla jednego jonu. Dla jonu Cl-, jeśli potencjał równowagi dla Cl- wynosi -65mV, to Cl- wpłynie do komórki, gdy napięcie błony wynosi -60mV (z tendencją do zbliżania komórki do -65mV) i wypłynie z ogniwo, gdy napięcie membrany wynosi -70mV (wciąż dąży do zbliżenia ogniwa do -65mV).


Potencjał równowagi (-90 mV) jonów potasu (K+) spowoduje, że jony wypłyną z komórki, jeśli kanały K+ zostaną otwarte, ponieważ jony K+ próbują ustalić ten potencjał zamiast potencjału spoczynkowego (-70 mV). Inną przyczyną jest wewnątrzkomórkowe stężenie K+, które wynosi około 140 mM w porównaniu ze stężeniem zewnątrzkomórkowym, które wynosi tylko 5 mM. Nie daj się zwieść potencjałowi spoczynkowemu, ponieważ jest to tylko potencjał, który komórka sama sobie organizuje, aby utrzymać stabilne środowisko. Kosztowało to dużo energii i uwagi w postaci syntezy białek, aby utrzymać ten potencjał. Mechanizm ten jest osiągany przez pompę jonową Na+-K+, która wymienia te dwa jony (pompuje K+ do środka i Na+ na zewnątrz, aby osiągnąć -70 mV). Jeśli jony K+ wypłyną z komórki, potencjał błonowy będzie niższy niż potencjał spoczynkowy, określany również jako hiperpolaryzacja. Zdarzenie to ma miejsce na końcu potencjału czynnościowego, gdy wypływ jonów K+ „poniżej” potencjał spoczynkowy.


Dlaczego pompa sodowo-potasowa jest ważna?

Pompa sodowo-potasowa jest ważna dla funkcjonowania większości procesów komórkowych.

Wyjaśnienie:

Jest to wyspecjalizowane białko transportowe znajdujące się w błonach komórkowych. Odpowiada za przemieszczanie się jonów potasu do wnętrza komórki, jednocześnie przenosząc jony sodu do wnętrza komórki. Jest to ważne dla fizjologii komórki.

Ma to szczególne znaczenie dla komórek pobudliwych, takich jak komórki nerwowe, które zależą od tej pompy, aby reagować na bodźce i przekazywać impulsy. Transmisja komórek nerwowych byłaby niemożliwa bez pomocy tej pompy.

Sód/potas pomaga w utrzymaniu potencjału spoczynkowego, wpływa na transport i reguluje objętość komórek. Działa również jako przetwornik/integrator sygnału regulujący szlak MAPK, a także wewnątrzkomórkowy wapń.

W nerkach pompa sodowo-potasowa pomaga w utrzymaniu równowagi sodowo-potasowej.

Odgrywa również rolę w utrzymaniu ciśnienia krwi i kontroli skurczów serca.


Pompa sodowo-potasowa

Czysta woda nie przewodzi prądu. Potas, sód i inne elektrolity rozpuszczają się w wodzie i pomagają przenosić ładunek elektryczny. Komórki w twoim ciele potrzebują elektrolitów do transportu i utrzymywania impulsów elektrycznych. Pompa sodowo-potasowa opisuje mechanizm, w którym jony sodu i potasu przemieszczają się do iz komórek. Za każdym razem, gdy tak się dzieje, wytwarzany jest ładunek elektryczny. Pompa sodowo-potasowa reaguje również na żądania zasilania układu nerwowego. Właściwa równowaga elektrolitów jest ważna dla krwi, nawodnienia i pomaga w utrzymaniu innych ważnych funkcji organizmu.


Pomoc biologiczna na poziomie: Potencjał spoczynkowy w aksonie

Wiem, że akson ma stały potencjał spoczynkowy -70mv.

Podczas spoczynkowego potencjału 3 jony Na+ stale opuszczają akson, podczas gdy jony 2 K+ stale wchodzą do aksonu. Daje to aksonowi ujemną różnicę potencjałów netto. Jony K+ mogą później opuścić akson, a jony Na+ nie mogą wrócić do aksonu. To sprawia, że ​​potencjalna różnica jest jeszcze mniejsza. Ale czy to nie oznacza, że ​​potencjalna różnica w aksonie może zejść do ujemnej nieskończoności. Rozumiem, dlaczego wnętrze aksonu jest bardziej ujemne niż na zewnątrz, ale nie rozumiem, co utrzymuje go na stałym poziomie -70mv?

Nie to, czego szukasz? Wypróbuj&hellip

(Oryginalny post autorstwa muhammad0112)
Wiem, że akson ma stały potencjał spoczynkowy -70mv.

Podczas spoczynkowego potencjału 3 jony Na+ stale opuszczają akson, podczas gdy jony 2 K+ stale wchodzą do aksonu. Daje to aksonowi ujemną różnicę potencjałów netto. Jony K+ mogą później opuścić akson, a jony Na+ nie mogą wrócić do aksonu. To sprawia, że ​​potencjalna różnica jest jeszcze mniejsza. Ale czy to nie oznacza, że ​​potencjalna różnica w aksonie może zejść do ujemnej nieskończoności. Rozumiem, dlaczego wnętrze aksonu jest bardziej ujemne niż na zewnątrz, ale nie rozumiem, co utrzymuje go na stałym poziomie -70mv?

Miazga sodowo-potasowa ma w rzeczywistości bardzo mały wpływ na potencjał spoczynkowy błony. Spoczynkowy potencjał błonowy ma więcej wspólnego ze względną przepuszczalnością błony komórkowej dla jonów Na+ i K+. Membrana jest około 40 razy przepuszczalna dla jonów K+ w porównaniu do jonów Na+. Ponieważ błona jest stosunkowo nieprzepuszczalna dla jonów Na+, a stężenie Na+ na zewnątrz komórki jest znacznie wyższe, napięcie wewnątrz komórki jest znacznie niższe niż na zewnątrz komórki, stąd ujemny potencjał spoczynkowy błony.

Pompa sodowo-potasowa jest ważna tylko dla utrzymania gradientów stężeń jonów Na+ i K+ - NIE odpowiada za spoczynkowy potencjał błonowy.

(Oryginalny post autorstwa Jpw1097)
Miazga sodowo-potasowa ma w rzeczywistości bardzo mały wpływ na potencjał spoczynkowy błony. Spoczynkowy potencjał błony ma więcej wspólnego ze względną przepuszczalnością błony komórkowej dla jonów Na+ i K+. Membrana jest około 40 razy przepuszczalna dla jonów K+ w porównaniu do jonów Na+. Ponieważ błona jest stosunkowo nieprzepuszczalna dla jonów Na+, a stężenie Na+ na zewnątrz komórki jest znacznie wyższe, napięcie wewnątrz komórki jest znacznie niższe niż na zewnątrz komórki, stąd ujemny potencjał spoczynkowy błony.

Pompa sodowo-potasowa jest ważna tylko dla utrzymania gradientów stężeń jonów Na+ i K+ - NIE odpowiada za spoczynkowy potencjał błonowy.

Zrobiłem trochę więcej badań i poprawiłem mnie, jeśli się mylę, ale akson jest bardzo przepuszczalny dla potasu, ale bez pompy sodowo-potasowej gradient elektryczny będzie równy gradientowi chemicznemu. (powodem, dla którego istnieje gradient elektryczny, jest to, że jony K+ chciałyby wrócić do aksonu, ponieważ na zewnątrz jest bardziej dodatni, a wnętrze jest ujemne). Dlatego pompa sodowo-potasowa zwiększa gradient chemiczny potasu (ponieważ 2 potas wejdzie do aksonu). A gradient chemiczny i elektryczny zrównoważyłby się, gdy membrana ma -70mv.

Ale czy możesz wyjaśnić, dlaczego pompa sodowo-potasowa nie zmienia potencjału spoczynkowego? Nie rozumiem tego. Jeśli pompa Na/K wyłączyłaby się raz, czy pd netto nie wyniosłoby -1 w aksonie? - Gdyby zadziałał 10 razy, wyrzuciłoby to 30 jonów sodu i 20 jonów K+ - To pd netto -10mv?. Oczywiście rozumiem, że 1 jon Na+ to nie 1mv, ale czy nie byłby to ten sam pomysł?

(Oryginalny post autorstwa muhammad0112)
Zrobiłem trochę więcej badań i poprawiłem mnie, jeśli się mylę, ale akson jest bardzo przepuszczalny dla potasu, ale bez pompy sodowo-potasowej gradient elektryczny będzie równy gradientowi chemicznemu. (powodem, dla którego istnieje gradient elektryczny, jest to, że jony K+ chciałyby wrócić do aksonu, ponieważ na zewnątrz jest bardziej dodatni, a wnętrze jest ujemne). Dlatego pompa sodowo-potasowa zwiększa gradient chemiczny potasu (ponieważ 2 potas wejdzie do aksonu). A gradient chemiczny i elektryczny zrównoważyłby się, gdy membrana ma -70mv.

Ale czy możesz wyjaśnić, dlaczego pompa sodowo-potasowa nie zmienia potencjału spoczynkowego? Nie rozumiem tego. Jeśli pompa Na/K wyłączy się raz, czy pd netto w aksonie nie wyniesie -1? - Gdyby zadziałał 10 razy, wyrzuciłoby to 30 jonów sodu i 20 jonów K+ - To pd netto -10mv?. Oczywiście rozumiem, że 1 jon Na+ to nie 1mv, ale czy nie byłby to ten sam pomysł?

Jak mówisz, 1 jony Na+ nie są równe 1 mV. Ogromna liczba jonów Na+ jest potrzebna, aby wyjść z aksonu, aby wywołać zmianę potencjału błonowego o 1 mV, w ogólnym schemacie pompy sodowo-potasowe nie poruszają wystarczającej ilości jonów, aby zrobić różnicę - chociaż są one ważne w utrzymaniu wysokie stężenia zewnątrzkomórkowego Na+/wysokie stężenia wewnątrzkomórkowego K+.

Przy spoczynkowym potencjale błonowym (powiedzmy -70 mV w aksonie), 3 jony Na+, które są wypompowywane przez pompę Na/K, po prostu wracają do komórki wzdłuż swojego gradientu elektrochemicznego (ponieważ są w równowadze). Podobnie jony K+, które są wpompowywane do aksonu, po prostu dyfundują z aksonu wzdłuż ich gradientu elektrochemicznego.

Pompa Na/K jest ważna w utrzymywaniu gradientów stężeń Na+ i K+, ale ma niewielki lub żaden wpływ na spoczynkowy potencjał membrany, co ma związek z różnicową przepuszczalnością membrany dla różnych jonów, co odzwierciedla Równanie Nernsta.

(Oryginalny post autorstwa Jpw1097)
Jak mówisz, 1 jony Na+ nie są równe 1 mV. Ogromna liczba jonów Na+ jest potrzebna, aby wyjść z aksonu, aby wywołać zmianę potencjału błonowego o 1 mV, w ogólnym schemacie pompy sodowo-potasowe nie poruszają wystarczającej ilości jonów, aby zrobić różnicę - chociaż są one ważne w utrzymaniu wysokie stężenia zewnątrzkomórkowego Na+/wysokie stężenia wewnątrzkomórkowego K+.

Przy spoczynkowym potencjale błonowym (powiedzmy -70 mV w aksonie), 3 jony Na+, które są wypompowywane przez pompę Na/K, po prostu wracają do komórki wzdłuż swojego gradientu elektrochemicznego (ponieważ są w równowadze). Podobnie jony K+, które są wpompowywane do aksonu, po prostu dyfundują z aksonu wzdłuż ich gradientu elektrochemicznego.

Pompa Na/K jest ważna w utrzymywaniu gradientów stężeń Na+ i K+, ale ma niewielki lub żaden wpływ na spoczynkowy potencjał membrany, co ma związek z różnicową przepuszczalnością membrany dla różnych jonów, co odzwierciedla Równanie Nernsta.

Dobra, spróbujmy dowiedzieć się, dlaczego potencjał membrany wynosi -70mV.

Po pierwsze masz wysokie stężenie anionów organicznych (białko naładowane ujemnie) w aksonie. Jest to zrównoważone przez jony K+. Stężenie K+ [K+] jest wyższe wewnątrz aksonu niż na zewnątrz, dlatego gradient chemiczny wypycha jony K+ z komórki. Gdy jony K+ wychodzą z komórki, tworzy to ujemny potencjał błonowy, co powoduje, że jony K+ cofają się do aksonu (gradient elektryczny). Im więcej jonów K+ opuszcza akson, gradient elektryczny staje się większy (im więcej jonów K+ opuszcza akson), a gradient chemiczny pozostaje względnie niezmieniony (liczba jonów poruszających się przez błonę ma nieistotny wpływ na gradient chemiczny przez krótkie okresy czas). Liczba jonów K+ opuszczających akson stopniowo maleje wraz ze wzrostem gradientu elektrycznego, aż gradient elektryczny = gradient chemiczny. W tym momencie nie ma ruchu netto jonów K+ - jest to potencjał równowagi dla K+

Rozważmy teraz Na+. Na+ ma znacznie wyższe stężenie poza komórką, dlatego gradient chemiczny wprowadza jony Na+ do komórki. Gdy jony Na+ dostają się do komórki, tworzy to dodatni potencjał błonowy (gradient elektryczny), a to powoduje, że liczba jonów Na+ wchodzących do komórki zmniejsza się wraz ze wzrostem gradientu elektrycznego. Gdy gradienty elektryczne i chemiczne są równe, nie ma ruchu netto jonów Na+ - potencjał błonowy, gdy to nastąpi, wynosi około +60 mV dla Na+ (potencjał równowagowy).

Więc jeśli potencjał równowagi dla Na+ wynosi

-80mV, dlaczego spoczynkowy potencjał membrany jest gdzieś pośrodku. Dzieje się tak, ponieważ błona jest znacznie bardziej przepuszczalna dla jonów K+ w porównaniu do jonów Na+, dlatego spoczynkowy potencjał błony jest znacznie bliższy potencjałowi równowagi dla K+ (-80mV) w porównaniu z Na+ (+60mV).

Przy spoczynkowym potencjale błonowym ruch Na+ do komórki i ruch K+ z komórki są równe. Mimo że istnieje duży gradient elektryczny kierujący Na+ do komórki (istnieje duża różnica między potencjałem równowagi dla Na+ a potencjałem spoczynkowym błony), komórka jest stosunkowo nieprzepuszczalna dla jonów Na+. Chociaż gradient elektryczny jest mały dla jonów K+ (potencjał równowagi K+ nie jest daleko od potencjału spoczynkowego błony), błona jest wysoce przepuszczalna dla jonów K+.

Jak widać, w żadnym momencie nie omawiałem pompy Na/K, ponieważ działa ona na tak małym poziomie, że ma bardzo mały wpływ na spoczynkowy potencjał błonowy. Znacznie więcej jonów przemieszcza się przez membranę przez kanały przeciekowe w porównaniu z pompą N/K. Pompa Na/K jest ważna tylko przy utrzymywaniu gradientów chemicznych, ale nie przy ich ustalaniu.


ELI5: Dlaczego K+ w ogóle przecieka lub przechodzi przez ścianę błony komórkowej?

Jeśli K+ może dość łatwo przemieszczać się przez ścianę błony komórkowej i ma zarówno elektryczną, jak i chemiczną siłę napędową po jednym w każdym kierunku, to dlaczego w ogóle się porusza i dlaczego stężenie K+ nie jest takie samo po obu stronach, a K+ nie przekracza w ogóle?

Wygląda na to, że nie mogę znaleźć odpowiedzi, która ma dla mnie sens w Google!

Dwie rzeczy. Osiągnie równowagę elektryczną, niekoniecznie fizyczną. Ogniwo straci ładunek, a na zewnątrz naładuje się, co spowoduje wycofanie części potasu. Po drugie, nasze komórki faktycznie mają maleńkie pompy, które mogą wtłaczać potas z powrotem do komórki.

Spoczynkowy potencjał błonowy wynika z równowagi wielu kanałów jonowych i pomp. Masz pompę sodowo-potasową, która pompuje 2 K+ do 3 Na+. I jeszcze kilka innych. Ale ważne jest to, że membrana jest bardziej nieszczelna do K+, ponieważ ma dla niej kanały (bez bramkowania, po prostu zawsze otwarte). Tych kanałów nie ma zbyt wiele (za mało, aby całkowicie zabić jego gradient), ale wystarczy, aby zmniejszyć ogólny opór dla niego. Gdy sód jest praktycznie całkowicie zablokowany przed wyjściem bez bramkowanego kanału (nadal przecieka, ale znacznie mniej), po podłączeniu wszystkiego do równania (stężenia wszystkich jonów wchodzących i wychodzących oraz oporność membrany każdego jonu) otrzymujesz resztę potencjał błonowy około -90 do -50 mV w zależności od komórki. Więc żeby odpowiedzieć na twoje pytanie, membrana jest nieszczelna dla K+, ale jeśli chodzi o jony i komórki, musisz myśleć w kategoriach statystyk i populacji, membrana nie jest całkowicie przezroczysta dla K+, po prostu jest trochę nieszczelna , jak wiadro z wodą (K+) w środku i kilkoma otworami, a także kilka silników pompujących wodę, która została z powrotem. Pompy i kanały wyciekowe nie są równoważne pod względem prądu dwukierunkowego, więc nie po prostu anuluj na zewnątrz, ale w pewnym momencie woda w środku będzie na tyle niska, że ​​na przykład mniej wody wypłynie przez kanały, co spowoduje, że wypływ wody przez otwory będzie równy dopływowi przez pompy, więc poziom wody pozostanie stały.


Komórkowy

Strukturalnie ATP-aza Na+ K+ składa się z katalitycznej podjednostki alfa i pomocniczej podjednostki beta.[7] Niektóre ATPazy Na-K zawierają podjednostkę, która jest specyficzna tkankowo i należy do rodziny białek FXYD.[8] Podjednostka alfa zawiera region transbłonowy, który składa się z 10 helis, określanych jako MA1-M10. W obrębie tych dziesięciu helis znajdują się miejsca wiążące jony, w szczególności trzy miejsca wiążące, które wiążą się z Na+ w stanie E1 i dwa miejsca wiążące, które wiążą się z K+ w stanie E2.[9][10][11][12] Struktura ATPazy Na-K składa się z trzech miejsc. Lokacja pierwsza i druga nakładają się na siebie w stanach E1 i E2. Jednak miejsce trzecie jest wyłącznie w stanie E1 i znajduje się między helisami transbłonowymi M5, M6 i M8, które wiążą się z Na+ i katalizują również transport H+,[13][14] zależny od Na+, K+ i Stężenia H+.[15] Zgodnie z wcześniejszymi badaniami, selektywność stanu E2 pompy dla K+ może wynikać z protonowania kieszeni wiążącej jony.[16]


Homeostaza & Transport

I. Rozwiązanie hipertoniczne
1. Stężenie substancji rozpuszczonej na zewnątrz celi jest hwyższa (mniej wody)
2. Woda dyfunduje z komórki aż do osiągnięcia równowagi
3. W przypadku utraty zbyt dużej ilości wody komórki skurczą się i umrą
4. Komórki roślinne stają się zwiotczałe (więdnące), zwane plazmoliza

J. Rozwiązanie hipotoniczne
1. Stężenie substancji rozpuszczonej większe
wewnątrz celi (mniej wody)
2. Woda wnika do komórki aż do osiągnięcia równowagi
3. Komórki zwierzęce pęcznieć i wybuchać (liza) jeśli nabierają za dużo wody
4. Cytoliza jest pękanie komórek
5. Komórki roślinne zostać napuszony z powodu naporu wody na zewnątrz na ścianę komórkową
6. Ciśnienie turgoru w komórkach roślinnych pomaga im zachować kształt
7. Komórki roślinne najlepiej radzą sobie w roztworach hipotonicznych

K. Rozwiązania izotoniczne
1. Stężenie rozpuszczonych To samo wewnątrz i poza komórką
2. Woda przepływa do i poza komórkę w równym tempie, więc jest brak ruchu netto wody
3. Komórki zwierzęce najlepiej radzą sobie w roztworach izotonicznych

IV. Jak komórki radzą sobie z osmozą?

A. Komórki zwierząt na lądzie znajdują się zwykle w środowisku izotonicznym (równowaga)

B. Organizmy słodkowodne żyją w środowisku hipotonicznym, więc woda stale przemieszcza się do ich komórek

C. Jednokomórkowe organizmy słodkowodne wykorzystują energię do wypompowywania nadmiaru wody przez kurczliwe wakuole

D. Ściany komórek roślinnych zapobiegają pękaniu komórek roślinnych w środowisku hipotonicznym

E. Niektóre organizmów morskich Móc wypompuj nadmiar soli

A. Szybszy niż zwykła dyfuzja

B. Uważany za transport pasywny, ponieważ nie zużyto dodatkowej energii

C. Występuje w dół gradientu stężenia

D. Obejmuje białka nośnikowe osadzony w błonie komórkowej, aby pomóc w poruszaniu się po niektórych rozpuszczonych substancjach, takich jak glukoza

E. Cząsteczki nośnika zmień kształt, gdy substancja rozpuszczona się przyłączy do nich

F. Zmiana kształtu białka nośnikowego pomaga w przemieszczaniu się substancji rozpuszczonej przez błonę

G. Białka kanałowe w błonie komórkowej tworzą tunele w poprzek błony w celu przemieszczania materiałów

H. Białka kanałowe mogą być zawsze otwarte lub mieć bramy które otwierają się i zamykają, aby kontrolować ruch materiałów zwanych kanały bramkowane

I. Bramy otwierają się i zamykają w odpowiedzi na koncentrację wewnątrz i poza komórką

A. Wymaga użycia ATP lub energia

B. Przenosi materiały wbrew ich gradientowi stężeń z obszaru o niższej do wyższej koncentracji

C. Może również obejmować białka błonowe

D. Używany do poruszania się jony takie jak Na+, Ca+ i K+ przez błonę komórkową

MI. Pompa sodowo-potasowa przenosi 3 Na+ na każde 2 K+ do komórki
1. Powoduje różnicę w naładowaniu wewnątrz i na zewnątrz komórki
2. Nazywa się różnica w odpowiedzialności potencjał błonowy

F. Pompy jonowe pomóc w pracy mięśni i komórek nerwowych

G. Rośliny skorzystaj z aktywnego transportu do pomagają korzeniom wchłaniać składniki odżywcze z gleby (składniki odżywcze roślin są bardziej skoncentrowane wewnątrz korzenia niż na zewnątrz)

A. Przenosi duże, złożone cząsteczki, takie jak białka, przez błonę komórkową

B. Duże cząsteczki, pożywienie lub kropelki płynów są pakowane w worki związane z błoną, zwane pęcherzyki

C. Endocytoza przenosi duże cząstki do komórki

D. Fagocytoza to jeden z rodzajów endocytozy
1. Błona komórkowa rozciąga się tworząc pseudopody (projekcje przypominające palce), które otaczają cząstkę
2. Woreczek membranowy zamyka materiał i ściska się wewnątrz komórki, tworząc a pęcherzyk
3. Pęcherzyk może się łączyć z lizosomy (organelle trawienne) lub uwalniają ich zawartość w cytoplazmie
4. Używane przez ameba karmić & białe krwinki zabić bakterie
5. Znany jako “ jedzenie komórek”

MI. Pinocytoza to inny rodzaj endocytozy
1. Błona komórkowa otacza kropelki płynu
2. Płyny przyjmowane do pęcherzyka związanego z błoną
3. Znany jako “ picie komórek”

F. Egzocytoza służy do usuwania dużych produktów z komórki, takich jak odpady, śluz i produkty komórkowe

G. Białka wytworzone przez rybosomy w komórce są pakowane do pęcherzyków transportowych za pomocą aparatu Golgiego


Dlaczego K+ wyprowadza się z komórki? - Biologia

Pompa Na+/K+ znajduje się w błonach wielu typów komórek. W szczególności odgrywa bardzo ważną rolę w błonach komórek nerwowych. Zauważ, że 3 jony dodatnie (Na+) są wypompowywane z komórki (w kierunku ECF) na każde 2 jony dodatnie (K+) pompowane do komórki (w kierunku ICF). Oznacza to, że z komórki wychodzi więcej dodatnich ładunków niż do niej wchodzących. W rezultacie ładunek dodatni gromadzi się na zewnątrz komórki w porównaniu z jej wnętrzem. Różnica w ładunku na zewnątrz i wewnątrz komórki umożliwia komórkom nerwowym generowanie impulsów elektrycznych, które prowadzą do impulsów nerwowych.

Pompa Na+/K+ ilustruje „aktywny transport”, ponieważ przemieszcza Na+ i K+ wbrew ich gradientom stężeń. Dzieje się tak, ponieważ na zewnątrz komórki jest już wysokie stężenie Na+, a wewnątrz komórki wysokie stężenie K+. Aby przesunąć jony (Na+ i K+) przeciw ich gradientom, potrzebna jest energia. Energia ta jest dostarczana przez ATP (adenozynotrójfosforan). Cząsteczka ATP unosząca się wewnątrz komórki wiąże się z pompą przekazując jej część energii. W miarę wykorzystania energii ATP odpada i po utracie energii przekształca się w ADP (adenozynodifosforan).

Zauważ na diagramie, że są 3 miejsca wiązania dla jonów 3 Na+ na wewnętrznej powierzchni pompy i 2 miejsca wiązania dla jonów 2 K+ na zewnętrznej powierzchni pompy. Kształt tych miejsc wiązania zapewnia, że ​​tylko Na+ i K+ mogą wiązać się i być transportowane.

Ponieważ pompa wymaga ATP za każdym razem, gdy działa, ATP musi być stale dostarczane do komórki. ATP powstaje podczas procesów nazywanych „oddychaniem komórkowym”, które zachodzą wewnątrz komórki (w ICF). Część oddychania komórkowego zachodzi w cytoplazmie, a część w mitochondrium. Ponieważ te organelle są częścią komórki nerwowej, gdy powstaje ATP, unosi się do pompy i dostarcza jej energię. Wytwarzane jest więcej ATP, a pompa nadal wykonuje swoją pracę. Jeśli coś zakłóci produkcję ATP, pompa przestanie działać, a komórka nerwowa również przestanie działać. Może to spowodować poważną utratę funkcji nerwów, a nawet śmierć. Ponieważ oddychanie komórkowe wymaga tlenu, gdybyś przestał oddychać, ATP nie mogłoby zostać wytworzone i umarłbyś. Oczywiście ATP jest potrzebne wielu procesom w organizmie, więc nie tylko pompa Na+/K+ zatrzymałaby się.

Istnieją trucizny lub toksyny, które również zakłócają pracę pompy. Jeden nazywa się „ubain”, trucizna na strzały. Oubain działa poprzez przyczepienie się do pompy i blokowanie jej działania. Gałąź nauki zwana „farmakologią” zajmuje się wpływem leków na organizm. Farmakolodzy opracowali leki, które, jeśli zostaną podane wystarczająco szybko, mogą przemieszczać się do komórek i przyczepiać się do oubainy, usuwając ją z pomp Na+/K+, umożliwiając im prawidłowe funkcjonowanie.

To tylko jeden przykład aktywnego transportu, w którym ATP jest używany do pompowania materiałów wbrew gradientowi stężeń. Twoje ciało przechowuje glukozę (cukier) w wątrobie i mięśniach. Aby zgromadzić zapas glukozy na czas, kiedy jej potrzebujesz, glukoza musi zostać wpompowana do komórek, tworząc tam wysokie stężenie. Nawet jeśli wykorzystuje do tego ATP, każda cząsteczka glukozy może zostać rozłożona przez oddychanie komórkowe, aby wyprodukować 38 ATP! Więc jest to wart zachodu proces.


Transport jonów przez błonę komórkową

Żywe organizmy można rozłożyć na narządy, gruczoły, tkanki, komórki i organelle. W biologii jest bardzo interesujące wiedzieć, w jaki sposób substancje rozpuszczone i woda przedostają się do iz komórek i organelli. Najwięcej uwagi poświęca się erytrocytom i mitochonom i shydrionowi. Błona komórkowa to złożona struktura lipoproteinowa.

Niektóre kanały są stale otwarte, podczas gdy inne są bramkowane, tj. mają bramki, które otwierają się lub zamykają. Niektóre są bramkowane przez zmiany w potencjale błonowym (bramkowane napięciem), podczas gdy inne są otwierane lub zamykane, gdy wiążą ligand (bramkowane przez ligand).

Ligand jest często zewnętrzny (neuroprzekaźnik lub hormon) lub wewnętrzny (wewnątrzkomórkowy Ca++, cAMP). Inne białka transportowe są nośnikami, które wiążą jony i inne cząsteczki, a następnie zmieniają swoją konfigurację, przenosząc związaną cząsteczkę z jednej strony błony komórkowej na drugą.

Cząsteczki przemieszczają się z obszarów o wysokim stężeniu i zagęszczeniu do obszarów o niskim stężeniu (w dół ich gradientu chemicznego). Kationy przemieszczają się do obszarów naładowanych ujemnie, podczas gdy aniony przemieszczają się do obszarów naładowanych dodatnio (w dół ich gradientu elektrycznego), kanał­nel bramkowany ligandem.

Niektóre białka nośnikowe nazywane są uniportami, ponieważ przenoszą tylko jedną substancję. Inne nazywane są symportami, ponieważ transport wymaga wiązania więcej niż jednej substancji z białkiem trans­port i substancje te są transportowane razem przez błonę.

W błonie śluzowej jelita odpowiada za kotransport poprzez ułatwioną dyfuzję Na+ i glukozy ze światła jelita do komórek śluzówki. Inne transportery nazywane są antyportami, ponieważ wymieniają jedną substancję na drugą. Przykład: Na + – K + ATPaza.

Katalizuje hydrolizę ATP do ADP i wykorzystuje energię do wytłoczenia 3Na + z komórki i przyjęcia 2K + do komórki na każdy mol zhydrolizowanego ATP. Mówi się, że pompa ma przełożenie 3/2. Jego aktywność jest hamowana przez ouabainę i jest związana z glikozydami naparstnicy stosowanymi w leczeniu niewydolności serca.

Na+-K+ATPaza jest heterodimerem składającym się z podjednostek α ​​i β.

Transport Na+ i K+ odbywa się przez podjednostkę.

Podjednostka β jest glikoproteiną.

Substancje przechodzące przez dwuwarstwę lipidową błony komórkowej na drodze prostej dyfuzji to:

1. Wszystkie substancje rozpuszczalne w tłuszczach.

2. Gazy rozpuszczalne w tłuszczach, głównie CO2, O2 oraz n2.

3. Woda — chociaż nie jest rozpuszczalna w tłuszczach — przechodzi z powodu małych rozmiarów cząsteczek i wysokiej energii kinetycznej.

Substancjami przechodzącymi przez kanały białkowe błony komórkowej na drodze prostej dyfuzji są:

1. Jony głównie Na + , K + i Ca ++ .

A. Pasywna dyfuzja:

1. Niektóre substancje rozpuszczone przechodzą przez błonę komórkową przez prostą dyfuzję z gradientem stężenia i mieszania.

Można to wyrazić poprzez modyfikację prawa Fick’s:

gdzie P = współczynnik przepuszczalności.

C0 i Ci = stężenie roztworu odpowiednio na zewnątrz i wewnątrz membrany.

ds/dt = szybkość przemieszczania się substancji rozpuszczonej.

2. Substancje rozpuszczone rozpuszczalne w tłuszczach łatwiej przechodzą przez błony komórkowe niż substancje rozpuszczone nierozpuszczalne w lipidach. Ponieważ błona komórkowa składa się z małych, wypełnionych wodą porów Ra&Shydius około 0,4 nm. through which water- soluble solute of suitable molecular size pass, surrounded by lipid areas through which lipid-soluble solutes penetrate.

3. Water diffuses through the cell pores from a solution of low concentration to a solu­tion of high concentration and this “bulk flow” of liquid across the membrane will speed up molecules diffusing in the direc­tion of the flow and slow down those mov­ing in the opposite direction. This “drag” effect is a second force acting in passive diffusion.

4. The third force which may operate is an electric potential across the membrane. Many cell membranes can maintain po­tential difference between their inside and outside and the potential gradient acts as a driving force for passive transport across the cell. The membrane acts as a passive barrier.

B. Facilitated Transfer:

1. Some compounds, e.g., sugar, amino acids, pass through membranes at a greater rate than expectations. This is because of the effect of a carrier.

2. The carrier in the membrane combines with the substance to be transported and in some way ferried through the membrane and released on the other side.

3. In case of enzymic reactions, there is a “saturation effect”. The rate of transport of the solute increases when the carrier, enzyme, is saturated. This type is some­times termed “catalysed diffusion”.

4. Another mechanism is that the substance to be transferred is converted into another which will penetrate the membrane more easily, e.g., the mitochondrial membrane is impermeable to acyl coenzyme A deriva­tives. The acyl group is transferred to car­nitine to form acyl carnitine derivative which can pass through the membrane. The acyl coenzyme A derivative is then reformed on the other side of the mem­brane.

Fatty acids can also be transferred into and out of mitochondria.

Acetyl-CoA within the mitochondria can be transferred to oxaloacetate to yield citrate to which the mitochondrial mem­brane is permeable. The citrate passes out into the cytoplasm where it is split enzymically to give acetyl-CoA again.

1. The cell membrane forms pockets or invaginations which can draw materials on the outside towards the cell interior.

2. The vesicles extend into the cell where they are pinched off and finally release their contents into the cell by some un­known way.

3. This process occurs in the foetal and new­born animals and helps the absorption of intact protein from the gut.

D. Transport of Ions:

1. The membrane itself contains polar groups and is, therefore, electrically charged.

2. The transport of most ions occur more slowly than the non- electrolytes. But H + , OH − penetrate all cell membranes easily. The red cell is easily penetrated by Cl − and HCO − 3.

3. In the case of ions, especially, Na + and K + , the permeability is very small. The high concentration of K + and low concentra­tion of Na + which are often found in cells are maintained by special mechanism which involve the expenditure of energy.

E. Active Transport:

1. The process by which solutes can often pass through membranes against their con­centration gradient requires energy. This process is termed active transport.

2. Active transport is involved in the absorp­tion from the small intestine of glucose and galactose, amino acids and other sub­stances important to the body.

3. An active transport device which forces Na + out and K + in has been referred to as the “Sodium Pump”.

4. The mechanism requires a carrier which can exist in two forms with different af­finities for Na + and K + . ATPase is involved in it (see active transport of glucose).


Explain the role of K+ in stomatal movement. Describe the potassium ion pump theory.

Opening of stomata in light: Stomata open in light due to following reactions.

  1. In light starch in the guard cells is metabolised into Phospho Enol Pyruvate (PEP). It is later converted into organic acids, particularly malic acid. The reaction takes place in the presence of an enzyme phospho enol pyruvic carboxylase.
  2. Malic acid dissociates into malate and hydrogen ions in the guard cells.
  3. Hydrogen ions from guard cells are transported to epidermal cells and K+ ions from epidermal cells are absorbed into the guard cells.
  4. In the guard cells, K+ ions are balanced by malate anions. Besides, small amount of Cl-ions are also absorbed which neutralize a small percentage of K+ ions.
  5. The process of K+ ions exchange requires ATP and thus, it is an active process.
  6. Increased K+ ions and anion concentration in the guard cells increases their osmotic concentration. Hence, water enters the guard cells by endosmosis.
  7. Turgor pressure of the guard cells increases due to endosmosis and the stoma opens.

Closing of stomata in dark: Closure of stomata in darkness is due to the following reactions:

  1. As carbon dioxide is not utilized in photosynthesis during night, hence its concentration in the sub stomatal cavity increases.
  2. Abscissic acid (ABA) functions in the presence of carbon dioxide. It is an inhibitor hormone. It inhibits K+ uptake by changing the diffusion and permeability of guard cells.
  3. The K+ is now transported back to the epidermal or subsidiary cells from the guard cells. The osmotic concentration of the guard cells decreases. This results in the movement of water out of the guard cells (exosmosis). The guard cells now become flaccid. This causes stomatal closure.

POTASSIUM ION PUMP THEORY

The main features of the theory were put forward by Levitt (1974). Levitt explained the influx of K+ in the guard cells and their role in the stomatal movement. He demonstrated a relationship between stomatal opening and accumulation of K+ ions. According to the hypothesis, pH of the guard cells rises due to active uptake of H+ ions by guard cell. The steps involved are as follows.

  • The light induced proton transport from the cytoplasm into the chloroplast creates a negative potential. This negative potential may lead to influx of positively charged K+ ion from the surrounding cells so that the negative potential is decreased and the proton transport is not ceased. This results in the development of maximum pH.
  • The pH of cytoplasm is raised to 8-9 and that of the chloroplast is lowered to 5. The rise in the pH causes hydrolysis of starch to form organic acid especially phospho enol pyruvate. Phospho enol pyruvate in the presence of enzyme PEP carboxylase combines with CO2 to produce oxalic acid. This acid is then converted to malic acid.
  • Malic acid disassociates into H+ ion and malate ion. H+ ions comes out and in exchange K+ ions enter into the guard cells, thereby increasing the concentration of K+ ion and decreasing the H+ ions in guard cells. This is an active ionic exchange and requires ATP and cytokinin.
  • The pH of the cell sap in the guard cells increases simultaneously. The pH becomes more than 7 and the medium becomes alkaline.
  • There is also an increased uptake of Cl- anions by the guard cells to maintain the electrical and ionic balance inside and outside guard cells.
  • The malate anions formed in the guard cells are neutralized by the K+ ions. K+ ions react with malate to form potassium malate.
  • Potassium malate enters into the cell sap reducing the water potential and increasing the osmotic concentration and osmotic pressure of the cell sap.
  • Endosmosis occurs and the guard cells become turgid and the stoma opens.

STOMATAL CLOSURE:

When the darkness sets in, H+ ion starts diffusing into the cytoplasm. H+ ion reacts with malate ion to form malic acid. Malic acid undergoes decarboxylation and gets converted into pyruvic acid and carbon dioxide. Pyruvic acid is consumed in respiration. Carbon dioxide gets dissolved in water to form carbonic acid. When potassium malate is converted into malic acid, osmotic pressure of the guard cells decreases .Exosmosis starts and the stomata closes.


Obejrzyj wideo: Cellenes oppbygning (Październik 2022).