משאבת נתרן-אשלגן

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה אל: ניווט, חיפוש
מבנה החלבון. גבולות השכבה הליפידית הכפולה מסומנים בכחול (החלק הפונה לתוך התא) ובאדום (החלק הפונה אל מחוץ לתא)

משאבת נתרן-אשלגןאנגלית: Na+/K+-ATPase) היא אנזים טראנסממברנלי בקרום התא המוביל באופן פעיל יוני נתרן אל מחוץ לתא ויוני אשלגן אל תוך התא. משאבות נתרן-אשלגן נמצאות בתאיהם של כל בעלי החיים ופעולתן חיונית לתפקוד התאים ולשלמותם. מעריכים כי משאבות נתרן-אשלגן צורכות כשבעים אחוזים מכלל מולקולות ה-ATP במוח האדם‏‏‏[1].

גילוי המשאבה[עריכת קוד מקור | עריכה]

הרכב הציטוזול (הנוזל התוך-תאי) שונה מאד מהנוזל החוץ-תאי. בין היתר ניתן למצוא ריכוז גבוה של יוני אשלגן בתוך התא וריכוז גבוה של יוני נתרן מחוץ לתא. מעקב אחר תנועת יונים עם סימון רדיואקטיבי העלה שתנועת אשלגן ותנועת נתרן תלויות זו בזו, מכאן שייתכן שאותו גורם אחראי על הובלת שני היונים.

בשנות ה-50 של המאה ה-20 גילה המדען הדני ג'נס סקאו (Jens Skou) את משאבת הנתרן-אשלגן. גילויו התפרסם בספרות המדעית ב-‏‏[2]1957. היה זה צעד חשוב בהבנת מנגנוני ההובלה של יונים אל תוך תאים והחוצה מהם. על היותו ראשון המגלים של אנזים הובלת יונים, הוענק לסקאו ב-1997 פרס נובל לכימיה.

הרכב ומנגנון פעולה[עריכת קוד מקור | עריכה]

משאבת נתרן-אשלגן מורכבת מקומפלקס של שני חלבונים, הראשון מכונה α ולו משקל מולקולרי של כ-100,000 והשני מכונה β ולו משקל מולקולרי של כ-55,000. נראה שחלבון β בעיקר מקבע את המשאבה לקרום התא, בעוד שחלבון α נקשר ליוני נתרן ואשלגן וחלקו פועל כזרז לפירוק אדנוזין תלת-זרחתי (ATPase)‏‏‏[3].

Scheme sodium-potassium pump-he.svg

הצעד ראשון בפעילות המשאבה הוא קישור לשלושה יונים של נתרן תוך-תאי. לאחר מכן נלכדת מולקולה עתירת אנרגיה המכונה אדנוזין תלת-זרחתי (ATP) המאפשרת את המשך התהליך. המשאבה מזרזת הידרוליזה של האדנוזין הגורמת לזירחון של המשאבה ולשחרור האדנוזין כאדנוזין דו-זרחתי (ADP).

החיבורים משנים את מבנה המשאבה כך שיוני הנתרן נחשפים לנוזל החוץ-תאי, למשאבה המזורחנת אפיניות נמוכה ליוני נתרן והם משתחררים לנוזל החוץ-תאי. לחלק החיצוני (מחוץ לתא) של המשאבה נקשרים שני יוני אשלגן הגורמים לשחרור קבוצה הזרחה מהמשאבה ומכאן לשינוי מבנה החושף את יוני האשלגן לנוזל התוך-תאי.

ללא קבוצת הזרחה, אפיניות המשאבה ליוני נתרן עולה ושלושה מהם נצמדים למשאבה במקום יוני האשלגן שמשתחררים ממנה אל תוך התא. אדנוזין תלת-זרחתי נצמד למשאבה והתהליך חוזר על עצמו.

בכל מחזור פעילות משתמשת המשאבה במולקולת אדנוזין תלת-זרחתי אחת כדי להוציא שלושה יוני נתרן מהתא ולהכניס שני יוני אשלגן אל תוך התא.

תפקודים[עריכת קוד מקור | עריכה]

פעילות משאבות נתרן-אשלגן משפיעה על מנגנוני תא מרכזיים בחשיבותם ואף חיוניים. תהליכים כגון יצירת מתח מנוחה על קרום התא, יצירת תנאים הכרחיים להובלה של חומרים שונים לתוך התא ומחוצה לו בדרך של הובלה פעילה שניונית ושמירה על נפח התא, תלויים בתפקוד תקין של משאבות נתרן-אשלגן.

מתח מנוחה הוא הפרש פוטנציאל חשמלי הנשמר בין שני צדדיו של קרום התא. מתח מנוחה ימצא בכמעט כל תא והוא הבסיס ליכולת תאים בעלי כושר התעוררות (כגון תאי עצב ותאי שריר) להעביר לאורכם אותות ודחפים עצביים. אחד התנאים להיווצרות מתח מנוחה הוא הבדל בריכוז יונים משני עברי קרום התא. משאבות נתרן-אשלגן יוצרות ריכוז גבוה של אשלגן בתוך התא וריכוז גבוה של נתרן מחוץ לתא וריכוזים אלו מאפשרים היווצרות מתח על קרום התא. גם המעבר הא-סימטרי של היונים משפיע על מתח קרום התא, שכן המשאבה מוציאה שלושה יונים חיוביים ומכניסה שני יונים חיוביים בכל מחזור פעילות, כך שנוצר מעבר של מטען חיובי אחד נטו מחוץ לתא בכל מחזור פעילות.

הובלה פעילה שניונית תלויה בהפרש ריכוזים של יונים, בעיקר בריכוז גבוה של יוני נתרן מחוץ לתא. חלבוני הובלה בקרום התא מנצלים את האנרגיה הגלומה במעבר יוני נתרן בפעפוע מריכוזם הגבוה מחוץ לתא אל ריכוזם הנמוך בתוך התא. ההובלה הפעילה השניונית נערכת בשתי דרכים, כהובלת-יחד וכהובלת-נגד. בהובלת-יחד מוכנסים החומרים יחד עם יוני הנתרן, שכן חלבוני ההובלה יאפשרו מעבר של יון נתרן בתנאי שהחומר המובל יקשר גם הוא לחלבון. גלוקוז וחומצות אמינו מועברים בדרך זו בעיקר במעי ובנפרונים. בדרך זו פועלות גם משאבת נתרן-אשלגן-כלוריד המובילה לתוך התא שני יונים של כלוריד יחד עם יון נתרן אחד ויון אשלגן אחד ומשאבת אשלגן-כלוריד המובילה כלוריד יחד עם אשלגן אל מחוץ לתא. משאבות הובלת-נגד מאפשרות ליון נתרן להיכנס לתא בתנאי שהחומר אותו הן מובילות יצא מהתא. בין היתר פועלות כך משאבת נתרן-סידן ומשאבת נתרן-מימן המוציאות מהתא סידן ומימן בהתאמה.

נפח התא מושפע מלחץ אוסמוטי הגורם לכניסת מים לתא או ליציאת מים מהתא לפי ריכוז החלקיקים משני עברי קרום התא. בתוך התא תרכובות אורגניות וחלבונים רבים, לרובם מטען חשמלי שלילי. סביבם נאספים יונים בעלי מטען חיובי. ריכוז גבוה של חלקיקים שאינם יכולים לחצות את קרום התא, גורם למים להיכנס לתא ולהעלות את נפחו עד כדי הרס התא. משאבות נתרן-אשלגן מוציאות חלקיק אחד נטו בכל מחזור פעילות שיכולתו לחזור לתוך התא נמוכה (עקב החדירות הקטנה של קרום התא ליוני נתרן) ובדרך זו מקטינות את מספר החלקיקים בתוך התא ומווסתות את נפח התא. כאשר נפח התא גדל, מתגברת פעילות משאבות הנתרן-אשלגן והעלייה בנפח נבלמת.

לקריאה נוספת[עריכת קוד מקור | עריכה]

  • Guyton AC, Hall JE. Textbook of Medical Physiology, 9th Ed., W.B. Saunders Company, 1996, pp. 51-54

קישורים חיצוניים[עריכת קוד מקור | עריכה]

הערות שוליים[עריכת קוד מקור | עריכה]

  1. ^ ‏Mark F Bear , Barry Connors , Michael Paradiso, Neuroscience: Exploring the Brain, Lippincott Williams & Wilkins, p. 59
  2. ^ ‏SKOU JC. The influence of some cations on an adenosine triphosphatase from peripheral nerves. Biochimica et biophysica acta. 1957 Feb;23(2):394-401. PMID 13412736, (תקציר‎)
  3. ^ ‏Guyton & Hall, 1996‏