सोडियम पोटेशियम पंप: संरचना, कार्य, तंत्र, महत्व - जीवविज्ञान - 2025

सोडियम पोटेशियम पंप एक प्रोटीन संरचना एक व्यापक सेट में शामिल के अणुओं कई कोशिका झिल्ली में प्रस्तुत करते हैं, और जो आयनों या अपने संकेन्द्रण प्रवणता के खिलाफ अन्य छोटे अणुओं का सक्रिय परिवहन के लिए जिम्मेदार हैं है। वे एटीपी के हाइड्रोलिसिस द्वारा जारी ऊर्जा का उपयोग करते हैं और यही कारण है कि उन्हें मूल रूप से एटीपीसेस कहा जाता है।

सोडियम पोटेशियम पंप एक Na + / K + ATPase है, क्योंकि यह पोटेशियम का परिचय देते हुए, एटीपी अणु में निहित ऊर्जा को कोशिका के अंदर से बाहर की ओर सेल में ले जाने के लिए छोड़ता है।

सोडियम पोटेशियम पंप के योजनाबद्ध। सेल के बाहरी और आंतरिक। (स्रोत: मिगुएलफरिग, विकिमीडिया कॉमन्स के माध्यम से)

सेल के अंदर, सोडियम बाहर (142 mEq / L) की तुलना में कम केंद्रित (12 mEq / L) है, जबकि पोटेशियम अंदर (140 mEq / L) की तुलना में अधिक (4 mEq / L) बाहर केंद्रित है।

ATPase पंपों को तीन बड़े समूहों में वर्गीकृत किया गया है:

• टाइप एफ और वी आयन पंप: वे काफी जटिल संरचनाएं हैं, वे 3 अलग-अलग प्रकार के ट्रांसमेम्ब्रेनर सबयूनिट और साइटोसोल में 5 जुड़े पॉलीपेप्टाइड्स से बना हो सकते हैं। वे प्रोटॉन ट्रांसपोर्टरों के रूप में कार्य करते हैं।
• Superfamily एबीसी (से अंग्रेजी एक TP- बी inding सी assette = एटीपी बाध्यकारी कैसेट): 100 से अधिक प्रोटीन से बना है कि आयनों, मोनोसैक्राइडों, पॉलीसैकराइड, polypeptides के ट्रांसपोर्टरों और यहां तक कि अन्य प्रोटीन के रूप में कार्य कर सकते हैं।

• पी वर्ग के आयन पंप: एटीपी के लिए एक बाध्यकारी साइट और एक मामूली un सबयूनिट के लिए एक कम से कम एक उत्प्रेरक ट्रांसमेम्ब्रेन अल्फा सबयूनिट द्वारा गठित। परिवहन प्रक्रिया के दौरान α सबयूनिट फॉस्फोरिलेटेड होता है और इसलिए इसका नाम "पी" है।

सोडियम पोटेशियम पंप (Na + / K + ATPase) कक्षा P के आयनिक पंपों के समूह से संबंधित है और 1957 में एक डेनिश शोधकर्ता जेन्स स्कौ द्वारा खोजा गया था, जब वह एक केकड़े की नसों पर एनेस्थेटिक्स की कार्रवाई के तंत्र का अध्ययन कर रहा था। (कार्सिनस मेनास); काम जिसके लिए उन्हें 1997 में रसायन विज्ञान का नोबेल पुरस्कार दिया गया।

पोटेशियम सोडियम पंप। NaKpompe2.jpg: Phi-Gastrein at fr.wikipediaderivative work: सोनिया / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)

सोडियम पोटेशियम पंप की संरचना

सोडियम पोटेशियम पंप एक ऐसा एंजाइम है, जो अपनी चतुर्धातुक संरचना के दृष्टिकोण से, 2 अल्फा (α) और दो बीटा (β) प्रकार के प्रोटीन सबयूनिट्स से बना है।

इसलिए, यह α2,2 प्रकार का एक टेट्रामर है, जिसके सबयूनिट अभिन्न झिल्ली प्रोटीन होते हैं, अर्थात, वे लिपिड बाईलेयर को पार करते हैं और दोनों इंट्रा- और एक्सट्रा-साइटोसोलिक डोमेन होते हैं।

पोटेशियम पंप के अल्फा और बीटा सबयूनिट। रोब कौवी / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)

अल्फा सबयूनिट्स

Α सबयूनिट वे होते हैं जिनमें एटीपी के लिए और Na + और K + आयनों के लिए बाध्यकारी साइटें होती हैं और एंजाइम के उत्प्रेरक घटक का प्रतिनिधित्व करती हैं और वह जो पंप के कार्य को पूरा करती है।

Α सबयूनिट्स बड़े पॉलीपेप्टाइड होते हैं, जिसमें आणविक भार 120 kDa, 10 ट्रांसमेम्ब्रेन सेगमेंट और उनके N- और C- टर्मिनी के साथ साइटोसोलिक पक्ष पर स्थित होता है।

उनके पास इंट्रासेल्युलर तरफ एटीपी और ना + के लिए बाध्यकारी साइटें हैं, साथ ही साथ स्थिति 376 पर एक एस्पार्टेट अवशेष हैं जो उस साइट का प्रतिनिधित्व करता है जो पंप सक्रियण के दौरान फॉस्फोराइलेशन प्रक्रिया से गुजरता है।

K + के लिए बाध्यकारी साइट बाह्य तरफ दिखाई देती है।

बीटा सबयूनिट

पंपिंग फ़ंक्शन में The सबयूनिट्स की सीधी भागीदारी नहीं होती है, लेकिन उनकी अनुपस्थिति में यह फ़ंक्शन नहीं होता है।

55 सबयूनिट्स में लगभग 55 kDa का आणविक भार होता है और ये एक एकल ट्रांसमिम्ब्रन डोमेन के साथ ग्लाइकोप्रोटीन होते हैं जिनके कार्बोहाइड्रेट अवशेषों को बाह्य क्षेत्र में डाला जाता है।

वे एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम में आवश्यक प्रतीत होते हैं, जहां वे α सबयूनिट्स के उचित तह में योगदान करते हैं, और फिर, झिल्ली स्तर पर, जटिल को स्थिर करने के लिए।

दोनों प्रकार के सबयूनिट विषम और α1 हैं, α2 और α3 आइसोफोर्म को एक के लिए वर्णित किया गया है, और दूसरे के लिए β1, β2 और β3। Α1 अधिकांश कोशिकाओं की झिल्लियों में पाया जाता है, जबकि α2 मांसपेशी, हृदय, वसा ऊतक और मस्तिष्क में और α3 हृदय और मस्तिष्क में मौजूद होता है।

The1 आइसोफोर्म सबसे अधिक फैलाना वितरण वाला एक है, हालांकि यह कुछ ऊतकों में अनुपस्थित है जैसे कि आंतरिक कान के वेस्टिबुलर कोशिकाएं और तेजी से प्रतिक्रिया करने वाले ग्लाइकोलाइटिक मांसपेशी कोशिकाएं। उत्तरार्द्ध में केवल β2 होते हैं।

अलग-अलग ऊतकों में Na + / K + पंप बनाने वाली सबयूनिट की विभिन्न संरचनाएं कार्यात्मक विशेषज्ञता के कारण हो सकती हैं जो अभी तक स्पष्ट नहीं हुई हैं।

पोटेशियम पंप समारोह

किसी भी क्षण के लिए विचार किया जाता है, प्लाज्मा झिल्ली एक सेल के इंटीरियर के अनुरूप डिब्बे के बीच एक पृथक्करण सीमा का गठन करता है और एक जो बाह्य तरल पदार्थ का प्रतिनिधित्व करता है जिसमें यह डूब जाता है।

दोनों डिब्बों में एक रचना होती है जो गुणात्मक रूप से भिन्न हो सकती है, क्योंकि कोशिकाओं के अंदर ऐसे पदार्थ होते हैं जो उनके बाहर नहीं पाए जाते हैं और बाह्य तरल पदार्थ में ऐसे पदार्थ होते हैं जो इंट्रासेल्युलर नहीं होते हैं।

दोनों डिब्बों में मौजूद पदार्थ अलग-अलग सांद्रता में पाए जा सकते हैं और इन अंतरों का शारीरिक महत्व हो सकता है। ऐसा कई आयनों के साथ होता है।

होमियोस्टैसिस का रखरखाव

Na + / K + पंप सोडियम और पोटेशियम आयनों की सांद्रता को नियंत्रित करके इंट्रासेल्युलर होमियोस्टैसिस के रखरखाव में एक मौलिक भूमिका निभाता है। होमोस्टेसिस के इस रखरखाव के लिए धन्यवाद प्राप्त किया जाता है:

• आयन परिवहन: सोडियम आयनों का परिचय देता है और पोटेशियम आयनों को बाहर निकालता है, एक प्रक्रिया जिसके माध्यम से यह अन्य अणुओं के आंदोलन को अन्य ट्रांसपोर्टरों के माध्यम से चलाता है जो या तो विद्युत आवेश या इन आयनों की आंतरिक सांद्रता पर निर्भर करते हैं।
• सेल वॉल्यूम का नियंत्रण: आयनों का परिचय या बाहर निकलना भी सेल के भीतर पानी की चाल को दर्शाता है, जिससे पंप सेल वॉल्यूम के नियंत्रण में भाग लेता है।
• झिल्ली क्षमता की उत्पत्ति: पेश किए गए प्रत्येक 2 पोटेशियम आयनों के लिए 3 सोडियम आयनों का निष्कासन, झिल्ली को अंदर पर नकारात्मक रूप से चार्ज किए जाने का कारण बनता है, जो सेल के अंदर और बाहर के बीच के चार्ज में अंतर उत्पन्न करता है। इस अंतर को आराम करने की क्षमता के रूप में जाना जाता है।

Na + में लगभग 142 mEq / L की एक बाह्य एकाग्रता है, जबकि इसकी इंट्रासेल्युलर एकाग्रता केवल 12 mEq / L है; K +, दूसरी ओर, कोशिका (140 mEq / L) के अंदर बाहर (4 mEq / L) से अधिक केंद्रित है।

हालांकि इन आयनों का विद्युत आवेश झिल्ली के माध्यम से उनके मार्ग की अनुमति नहीं देता है, लेकिन आयन चैनल हैं जो इसे (चुनिंदा) अनुमति देते हैं, जो आंदोलन को बढ़ावा देते हैं यदि इन आयनों को स्थानांतरित करने वाली सेनाएं भी मौजूद हैं।

हालांकि, एकाग्रता में ये अंतर जीव के होमियोस्टेसिस के संरक्षण में बहुत महत्व रखते हैं और एक प्रकार का संतुलन बनाए रखना चाहिए जो खो जाने पर महत्वपूर्ण कार्बनिक परिवर्तन पैदा करेगा।

सोडियम पोटेशियम प्रसार और पंप (स्रोत: BruceBlaus। बाहरी स्रोतों में इस छवि का उपयोग करते समय इसे निम्न रूप में उद्धृत किया जा सकता है: Blausen.com कर्मचारी (2014)। «मेडिकल गैलरी Blausen की चिकित्सा 2014»। मेडिसिन का WikiJournal 1 (2)। DOI: 10.15347 / wjm / 2014.010। ISSN 2002-4436। विकी कॉमन्स के माध्यम से Mikael Häggström / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0) द्वारा व्युत्पन्न

• कोशिका के अंदर और बाहर के बीच Na + के लिए एकाग्रता में अंतर एक रासायनिक ढाल बनाता है जो सोडियम को अंदर की ओर धकेलता है और इस आयन का लगातार प्रवेश करता है और उस अंतर को अलग करता है, अर्थात दोनों में सांद्रता को बराबर करता है। पक्षों।
• पोटेशियम प्रवणता को विपरीत दिशा में बनाए रखा जाता है, अर्थात् अंदर से बाहर, आयन के निरंतर निकास और इसकी आंतरिक कमी और बाहरी वृद्धि की अनुमति देता है।

Na + / K + पंप का कार्य चैनलों या अन्य परिवहन मार्गों के माध्यम से प्रसार द्वारा दर्ज किए गए सोडियम के निष्कर्षण और पोटेशियम के पुन: उत्पादन को फैलाने की अनुमति देता है, जो इंट्रा और इन-कोशिकीय सांद्रता के संरक्षण की अनुमति देता है। आयनों।

तंत्र (प्रक्रिया)

Na + / K + ATPase की क्रिया के तंत्र में एक उत्प्रेरक चक्र शामिल होता है जिसमें एक फॉस्फोरिल समूह (Pi) और एंजाइम के संवहन परिवर्तन शामिल होते हैं जो E1 राज्य से E2 राज्य में जाते हैं और इसके विपरीत।

ऑपरेशन के लिए सेल के अंदर एटीपी और ना + की उपस्थिति की आवश्यकता होती है और बाह्य तरल पदार्थ में के +।

ट्रांसपोर्टर को सोडियम आयनों की बाइंडिंग

चक्र एंजाइम के E1 संचलन अवस्था में शुरू होता है, जिसमें Na + और उच्च आत्मीयता (0.6 mM का किमी) से बंधने के 3 साइटोसोलिक साइट हैं जो पूरी तरह से व्याप्त हैं क्योंकि इंट्रा आयन एकाग्रता (12 मिमी) इसकी अनुमति देता है।

एटीपी हाइड्रोलिसिस

इस अवस्था में (E1) और अपने बाइंडिंग साइटों से संलग्न Na + के साथ, ATP अणु के साइटोसोलिक क्षेत्र में अपनी साइट को बांधता है, हाइड्रोलाइज़ और एक फॉस्फेट समूह को एस्पार्टेट 376 में स्थानांतरित कर दिया जाता है, जिससे एक उच्च-ऊर्जा एसाइलोफ़ॉस्फ़ेट बनता है। यह E2 राज्य के लिए एक परिवर्तन को प्रेरित करता है।

3 सोडियम आयनों का निष्कासन और 2 पोटेशियम आयनों का परिचय

E2 राज्य में परिवर्तनकारी परिवर्तन का तात्पर्य है कि Na + बाइंडिंग साइटें बाहर से गुजरती हैं, आयन के लिए उनकी आत्मीयता बहुत कम हो जाती है और इसे बाह्य तरल पदार्थ में छोड़ दिया जाता है, जबकि, उसी समय K + बाइंडिंग साइटों की आत्मीयता बढ़ जाती है। और ये आयन पंप के बाहर से जुड़े होते हैं।

E2 राज्य के दौरान, ना + आयन झिल्ली के दूसरी तरफ जारी होते हैं।

बदले में, पंप की यह नई स्थिति K + आयनों के बंधन के लिए आत्मीयता उत्पन्न करती है

E2 से E1 तक उलटा

एक बार जब Na + मुक्त हो जाता है और K + बाउंड हो जाता है, तो Aspartyl फॉस्फेट का हाइड्रोलिसिस होता है और E2 राज्य से E1 राज्य में उत्क्रमण होता है, खाली Na + बाइंडिंग साइट्स और कब्जे वाले K + के पुन: निर्माण के साथ।

जब यह परिवर्तन होता है, तो Na + के लिए साइटें अपनी आत्मीयता प्राप्त करती हैं और K + के लिए वे इसे खो देते हैं, जिसके साथ K + को सेल में छोड़ दिया जाता है।

महत्त्व

सेलुलर ऑस्मोलरिटी के रखरखाव में

Na + / K + पंप अधिकांश में मौजूद है, यदि सभी नहीं, स्तनधारी कोशिकाएं, जहां यह उनके परासरण को बनाए रखने में मदद करके सामान्य महत्व का है और इसलिए उनकी मात्रा।

सेल में सोडियम आयनों के निरंतर प्रवेश से आसमाटिक रूप से सक्रिय कणों की इंट्रासेल्युलर संख्या में वृद्धि होती है, जो पानी के प्रवेश को प्रेरित करती है और मात्रा में वृद्धि होती है जो झिल्ली और कोशिका के टूटने का कारण बनती है।

झिल्ली क्षमता के गठन में

जैसा कि ये पंप हर 3 Na + के लिए केवल 2 K + परिचय देते हैं, वे विद्युत रूप से व्यवहार करते हैं, जिसका अर्थ है कि वे आंतरिक विद्युत आवेशों को "विघटित" करते हैं, जो शरीर की कोशिकाओं की झिल्ली संभावित विशेषता के उत्पादन का पक्ष लेते हैं।

इसका महत्व उन कोशिकाओं के संबंध में भी स्पष्ट है जो उत्तेजक ऊतकों को बनाते हैं, जिसमें एक्शन पोटेंशिअल की विशेषता Na + आयन के प्रवेश से होती है, जो सेल को चित्रित करता है, और K + के बाहर निकलता है, जो इसे repolarizes करता है।

ये आयनिक चालन Na + / K + पंपों के संचालन के लिए संभव है, जो कि शामिल आयनों को स्थानांतरित करने वाले रासायनिक अवसादों के उत्पादन में योगदान करते हैं।

इन पंपों के बिना, जो विपरीत दिशा में काम करते हैं, इन आयनों की सांद्रता धीरे-धीरे फैल जाएगी और उत्तेजक गतिविधि गायब हो जाएगी।

गुर्दे के कार्य में

एक अन्य पहलू जो सोडियम-पोटेशियम पंपों के अत्यधिक महत्व को उजागर करता है, गुर्दे के कार्य से संबंधित है, जो उनके बिना असंभव होगा।

किडनी फंक्शन में अधिक या कम 180 लीटर प्लाज्मा और बड़ी मात्रा में पदार्थों के दैनिक निस्पंदन शामिल हैं, जिनमें से कुछ को उत्सर्जित किया जाना चाहिए, लेकिन कई को पुन: अवशोषित करना होगा ताकि वे मूत्र में खो न जाएं।

सोडियम, पानी और कई फ़िल्टर्ड पदार्थों का पुनर्विकास इन पंपों पर निर्भर करता है, जो कोशिकाओं के आधारभूत झिल्ली में स्थित होते हैं जो गुर्दे के नेफ्रॉन के विभिन्न ट्यूबलर खंडों के उपकला बनाते हैं।

वृक्कीय नलिकाओं को लाइन करने वाली उपकला कोशिकाओं में एक पक्ष होता है जो ट्यूब्यूलेशन के लुमेन के संपर्क में होता है और इसे एपिकल पक्ष कहा जाता है, और दूसरा जो ट्यूबवेल के चारों ओर इंटरस्टिटियम के संपर्क में होता है और जिसे बेसल पक्ष कहा जाता है।

जो पानी और पदार्थ रिसबर्डबेड होते हैं, उन्हें पहले एपिकल के माध्यम से और फिर बेसोल के माध्यम से इंटरस्टिटियम में पारित करना होगा।

Na + का पुनर्संयोजन इसके संबंध में, और पानी के संबंध में और उस पर निर्भर अन्य पदार्थों के संबंध में महत्वपूर्ण है। सेल में Na + की एपिकल प्रविष्टि के लिए आवश्यक है कि एक ढाल हो जो इसे स्थानांतरित करता है और यह सेल के अंदर आयन की एक बहुत कम एकाग्रता का अर्थ है।

Na + की यह कम इंट्रासेल्युलर सांद्रता बेसोललेटरल झिल्ली में सोडियम पंपों द्वारा निर्मित होती है जो कोशिकाओं से इंटरस्टिटियम में आयन को हटाने के लिए गहन रूप से काम करती है।

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