ساختار وعملکرد پمپ سدیم – پتاسیم در نورون ها

 

لطفا برای بهتر شدن شرایط داروسازی کشور و بهبود سلامت عمومی ایران در نظر سنجی زیر شرکت کنید.

 

برای شرکت در نظر سنجی کلیک کنید.

 

 

 

 

برای کسب درآمد وارد لینک زیر شده و ارز دیجیتال pi را استخدام کنید. کد دعوت: wight

https://minepi.com/wight

 

 

پمپ سدیم/پتاسیم (: Na+/K+-ATPase) یک پروتئین ناقل یون در غشای سلول‌های تمام حیوانات از جمله انسان است که سه یون سدیم را به خارج از غشا منتقل کرده و با مصرف ATP دو یون پتاسیم را وارد سلول می‌کند. بر اثر کارکرد این پمپ همیشه سطح داخلی غشای سلول، نسبت به فضای خارج سلولی بار منفی دارد و یون سدیم یک یون خارج سلولی و پتاسیم یک یون داخل سلولی است.

 

در میان مواردی که به وسیله انتقال فعال اولیه انتقال می یابند یون های سدیم و پتاسیم از اهمیت به خصوصی برخوردار هستند. این انتقال از نوع انتقال فعال اولیه بوده یعنی انرژی لازم برای این کار مستقیماً از خود مولکول ATP گرفته می شود و این یک انتقال در دو جهت مخالف می باشد.

 

 

 

 

 

 
غلظت یون های سدیم در داخل بیشتر از خارج سلول و یون پتاسیم در خارج بیشتر از داخل سلول است. انتقال یون سدیم از داخل به خارج و همزمان با ان ورود یون های پتاسیم از خارج به داخل توسط پمپ سدیم – پتاسیم انجام می شود. این پمپ دارای دو زیر واحد کوچک و بزرگ است که دارای سه جایگاه می باشد:

 

 

1) سه محل اتصال برای یون های سدیم در بخشی که به طرف داخل سلول است
2) دو محل اتصال برای یون های پتاسیم در طرف خارج سلول
3) بخشی دارای فعالیت ادنوزین تری فسفاتازی در بخش داخلی در نزدیک محل های گیرنده سدیم
 

 

عملکرد این پمپ:     هنگامی که دو یون پتاسیم در طرف خارج این پمپ و سه یون سدیم در طرف داخل با گیرنده ی مخصوص به خود ترکیب می شوند و یا به اصطلاح متصل می گردند عمل ادنوزین تری فسفاتازی پمپ فعال می شود. سپس یک مولکول ATP شکسته می شود و به ادنوزین دی فسفات ADP و یک پیوند فسفاتی پر انرژی آزاد می شود.     این انرژی موجب بروز یک تغییر شکل شیمیایی و فضایی در مولکول پروتئین حامل می شود که سه یون سدیم را به طرف خارج و دو یون پتاسیم را به طرف داخل هدایت می کند.           هرگاه گرادین های الکتروشیمیایی برای یون های سدیم و پتاسیم افزایش یابد به طوری که انرژی ذخیره شده در گرادیان های آن ها بیشتر از انرژی شیمیایی هیدرولیز ATP گردد این یون ها در جهت گردیان های غلظتی خود حرکت می کند و پمپ سدیم-پتاسیم ATP را از ADP و فسفات سنتز خواهد کرد.           بنابراین ، نوع فسفریله ی پمپ سدیم – پتاسیم می تواند یا فسفات خود را به ADP داده و ATP تولید کند و یا از این انرژی برای تغییر شکل فضایی خود و تلمبه زدن سدیم به خارج از سلول و پتاسیم به داخل سلول استفاده کند.           کنترل حجم سلول:  بدون عمل این پمپ بیشتر سلول های بدن آن قدر متورم می شوند تا بترکند.  داخل سلول تعداد زیادی پروتئین و سایر ترکیبات آلی است که نمی توانند از سلول خارج شوند. قسمت اعظم این مواد بار منفی  دارند و بنابراین یون های با بار مثبت را به خود جذب می کنند مانند سدیم و پتاسیم. جمع شدن این یون ها کنار هم سبب جذب اب به داخل سلول می شود و اگر از این تجمع جلوگیری نشود سلول بی نهایت متورم می شود. این پمپ با خارج کردن سه یون سدیم و داخل کردن دو یون پتاسیم سبب می شود غشا نسبت به یون سدیم نفوذ پذیری کمتری از یون های پتاسیم نشان دهد.           ایجاد پتانسیل الکتریکی:  با خارج کردن سه یون سدیم و ورود دو یون پتاسیم به داخل یک بار خالص مثبت در هر دور پمپ به خارج انتقال می باد. این امر یک پتانسیل مثبت در خارج سلول ایجاد می کند اما موجب کمبود یون های مثبت در داخل سلول می شود به عبارت دیگر یک پتانسیل منفی در داخل سلول به وجود می آید.           غشای پلاسمایی همه سلول‌ها به صورت مانعی در برابر جابه‌جایی یون‌ها عمل می‌کند. پروتئین ها و یون‌های فسفات معدنی که غشا آن‌ها را درون سلول نگه می‌دارد، بار منفی دارند. از این رو، درون سلول از بیرون آن منفی‌تر است. این بارهای منفی، یون‌های کوچک دارای بار مثبت را به درون سلول می‌کشانند. اما، از میان این نوع یون‌ها تنها K + می‌تواند به مقدار محسوسی از خلال غشا بگذرد. در نتیجه، غلظت K + درون سلول‌ها، بیشتر از مایع برون سلولی است. برعکس، غشا پلاسمایی نفوذپذیری بسیار اندکی به Na + دارد و غلظت Na + در مایع برون سلولی بیشتر از درون سلول است. عمل پمپ K + / Na + نیز در ایجاد این اختلاف غلظت و با ر موثر است. این، پمپ به ازای هر دو یون پتاسیمی که وارد سلول می‌کند، سه یون از آن خارج می‌سازد. بنابراین، درون سلول در مقایسه با برون سلول منفی‌تر می‌شود.      غشای پلاسمایی همه سلول‌ها به صورت مانعی در برابر جابه‌جایی یون‌ها عمل می‌کند. پروتئین ها و یون‌های فسفات معدنی که غشا آن‌ها را درون سلول نگه می‌دارد، بار منفی دارند. از این رو، درون سلول از بیرون آن منفی‌تر است. این بارهای منفی، یون‌های کوچک دارای بار مثبت را به درون سلول می‌کشانند. اما، از میان این نوع یون‌ها تنها K + می‌تواند به مقدار محسوسی از خلال غشا بگذرد. در نتیجه، غلظت K + درون سلول‌ها، بیشتر از مایع برون سلولی است. برعکس، غشا پلاسمایی نفوذپذیری بسیار اندکی به Na + دارد و غلظت Na + در مایع برون سلولی بیشتر از درون سلول است.     عمل پمپ K + / Na + نیز در ایجاد این اختلاف غلظت و با ر موثر است. این، پمپ به ازای هر دو یون پتاسیمی که وارد سلول می‌کند، سه یون از آن خارج می‌سازد. بنابراین، درون سلول در مقایسه با برون سلول منفی‌تر می‌شود.       یون های سدیم در داخل سلول به جایگاه خود در پمپ سدیم/پتاسیم متصل می‌شوند.

 

شکل پمپ تغیر می‌کند و در نتیجه یون‌های سدیم به بیرون رانده می‌شوند.  یون‌های پتاسیم در خارج سلول به جایگاه خود در پمپ سدیم/پتاسیم متصل می‌شوند.

 

 

یون‌های سدیم آزاد می‌شوند و  در همین زمان یون‌های پتاسیم به درون سلول انتقال می‌یابند.

 

 

یون‌های پتاسیم آزاد می‌شوند و چرخه دیگری آغاز می‌شود.

 

 

پتانسیل آرامش
همانطور که گفته شد، غشای سلول دو محیط سیتوپلاسم و مایع برون سلولی را از هم مجزا می‌سازد. این دو محیط از لحاظ غلظت و بار با هم تفاوت دارند؛ درون سلول منفی‌تر از بیرون آن است. تفاوت باری که بین دو محیط وجود دارد، اختلاف پتانسیل می‌نامند. چون این تفاوت بین دو سوی غشای سلول وجود دارد از آن با عنوان پتانسیل غشا یاد می‌شود. پتانسیل غشا در واحد ولت بیان می‌شود.

 

 

 

همه سلول‌های بدن، پتانسل غشا دارند. اما تنها سلول‌های عصبی و سلول‌های ماهیچه‌ای می‌توانند از این پتانسیل غشا برای ایجاد پیام عصبی بهره گیرند. وقتی نرون یا سلول ماهیچه‌ای در حالت استراحت است (پیام عصبی تولید نمی‌کند) پتانسیل غشا پتانسیل آرامش نامیده می‌شود. مقدار این پتانسیل در حدود 70- میلی ولت ( mV ) است. در این حالت درون سلول منفی‌تر از بیرون آن است. از این‌رو، گفته می‌شود سلول دروضعیت پلاریزه (دارای قطب؛ درون منفی و برون مثبت) است. توجه داشته باشید که در حالت پلاریزه، درون سلول یون‌های مثبت و برون سلول یون‌های منفی نیز وجود دارد، اما مقدار یون‌های مثبت در برون سلول بیشتر است.

 

 

 

اگر پتانسیل غشا در اثر محرکی افزایش یابد (برای مثال، به 35- یا 10+) گفته می‌شود سلول در وضعیت دپلاریزه (از دست دادن قطبیت) قراردارد. زیرا، در این حالت اختلاف پتانسیل درون و برون سلول کاهش می‌یابد. اگر محرک باعث کاهش پتانسیل غشا شود (برای مثال، تا 85- یا کمتر) گفته می‌شودسلول در حالت هایپرپلاریزه (قطبیت زیاد) قراردارد. زیرا، در این حالت بر اختلاف پتانسیل درون و برون سلول افزوده می‌شود.

 

 

 

پتانسیل عمل
از آنجا که دو لایه لپیدی غشا نسبت به بیشتر یون‌های نفوذپذیری بسیار اندکی دارد، آنها از طریق مجاری ویژه‌ای از خلال غشا می‌گذرند. این مجاری ماهیت پروتئینی دارند. نفوذ پذیری غشا به Na + ، K + و دیگر یون‌های معدنی به وسیله بخشی از این مجاری به نام دریچه تنظیم می‌شوند. دریچه‌های مجاری غشا در شرایط ویژه‌ای باز یا بسته می‌شوند. وقتی دریچه مجرایی بسته است، نفوذ پذیری غشا به آن یون پایین است و وقتی دریچه مجرایی باز می‌شود، نفوذ پذیی غشا به آن یون افزایش می‌یابد.

 

 

در غشای سلول عصبی دریچه‌های مجاری Na + و K + تحت تأثیر پتانسیل غشاء باز یا بسته می‌شوند. از این‌رو، این مجاری را با عنوان مجاری حساس به ولتاژ معرفی می‌کنند. در پتانسیل آرامش ( mV 70-) دریچه‌های مجاری Na + بسته است. از این رو، فقط مقدار بسیار اندکی Na + از این مجاری نشت می‌کند. در این حالت بعضی از مجاری K + باز هستند. بنابراین، سلول در حال استراحت به K + بیشتر از Na + نفوذپذیر است. وقتی سلول دپلاریزه می‌شود، تغییر ولتاژ به باز یا بسته شدن بعضی از دریچه‌ها می انجامد . در نتیجه غلظت یون‌ها ی درون و برون سلول‌ تغییر می‌کند.

 

وقتی غلظت یون‌ها در دو طرف غشای سولو عصبی در تعادل است مجاری حساس به ولتاژ بسته اند.

وقتی یون های اضافی تعادل را بر هم می‌زنند، مجاری حساس به ولتاژ باز می‌شوند و یون‌ها از خلال آنها عبور می‌کنند.

 

 

 

وقتی محرکی که باعث دِپلاریزه شدن غشای سلول عصبی می‌شود، بر آن اثر می‌گذارد، دریچه‌های مجاری Na + باز می‌شوند. در نتیجه، یون‌های سدیم به درون سلول سرازیر می‌شوند. به این ترتیب، پتانسیل غشا کاهش می‌یابد و سلول دپلاریزه می‌شود. دپلاریزه شدن سلول که در واقع نوعی تغییر ولتاژ است باعث باز شدن مجاری K + و خروج این یون از سلول می‌شود. وقتی که خروج یون‌های پتاسیم افزایش یافت، همگام با تغییر ولتاژ دریچه‌های مجاری Na + بسته می‌شوند. در نهایت بیشتر مجاری K + نیز بسته می‌شوند و فقط بعضی از آنها باز می‌مانند. به این ترتیب سلول دوباره به حالت آرامش خود باز می‌گردد. البته، پمپ Na + / K + نیز در این بازگشت موثر است. یکی از ویژگیهای این پمپ این است که هرگاه غلظت یون‌های سدیم درون سلول زیاد شود، سرعت فعالیت آن به شدت افزایش می‌یابد.

 

 

 

تغییر نفوذ پذیری غشاء به Na + و K + که باعث تغییر پتانسیل غشاء می‌شود، واقعه‌ای را می‌سازد که پتانسیل عمل یا تکانه عصبی نام دارد. به عبارت دیگر، پتانسیل عمل تغییر ولتاژ غشا است که تحت تاثیر محرک رخ می‌دهد.

 

پتانسیل عمل با ورود سدیم به سلول عصبی و خروج پتاسیم از آن شکل می‌گیرد. ورود سدیم به دپلاریزه شدن و خروج پتاسیم به پلاریزه شدن مجدد می‌انجامد.

 

 

 

 

به خاطر داشته باشید که انتقال اطلاعات بین بخش‌های مختلف دستگاه عصبی از طریق پتانسیل عمل انجام می‌شود. مغز صدا، تصویر، مزه یا بو دریافت نمی‌کند، بلکه پتانسیل عمل‌هایی را دریافت می‌کند که از گیرنده‌های حسی ویژه صدا، تصویر، مزه یا بو منشاء می‌گیرند، در طول اعصاب حسی جا به جا می‌شوند و به مراکز پردازش ویژه خود در مغز برسند.

 

 

 

(واژه شناسی : (به درخواست کاربران گرامی 

 

 

 

پتانسیل آرامش	Resting potential
دپلاریزه	Depolarization
هایپرپلاریزه	Hyperpolarization
پتانسیل غشاء	Membrane potentiol
پتانسیل عمل	Action potentiol
مجرا	Channel
دریچه	Gate
تکانه عصبی	Nerve impulse
مجرای حساس به ولتاژ	Voltgae gated channel

 

 

 

 

دانلود انیمیشن : دریافت

 

دانلود PDF  :  دریافت

 

 

لطفا اندیشه خود را در ارتباط با این مطلب در  قسمت نظرات بنویسید.