Transpor aktif adalah proses yang diperlukan untuk memompa molekul counter-gradient, baik elektrik maupun konsentrasi.
Untuk menggantikan ion natrium dan kalium dengan cara ini, ada pompa natrium-kalium, struktur transmembran yang ada dalam sel. Ia terlibat dalam beberapa fungsi fundamental bagi kehidupan dan mekanisme kerjanya cukup menarik. Mari kita lihat selanjutnya.
- Artikel terkait: ” Apa itu depolarisasi saraf dan bagaimana cara kerjanya? “
Apa itu pompa natrium-kalium?
Pompa natrium-kalium adalah struktur protein yang dapat ditemukan di banyak membran sel. Seperti namanya, fungsi utamanya adalah untuk memindahkan ion natrium dan kalium melalui membran.
Proses ini terjadi dalam bentuk transpor aktif, melakukannya melawan gradien konsentrasi. Di dalam sel, natrium (Na +) kurang terkonsentrasi (12 mEq / L) daripada di luar (142 mEq / L), sedangkan sebaliknya terjadi dengan kalium (K +), dengan konsentrasi yang lebih rendah di luar (4 mEq / L) daripada dalam (140 mEq / L).
Untuk melakukan ini, pompa menggunakan energi yang diperoleh dari hidrolisis ATP dan, oleh karena itu, dianggap sebagai enzim jenis Na + / K + ATPase. Dengan mengeluarkan energi itu, itu menyebabkan sel mengeluarkan natrium sambil memasukkan kalium.
Pompa ini termasuk dalam kelas pompa ion kelas-P, karena mereka menggantikan ion. Jenis pompa ini terdiri dari setidaknya satu subunit katalitik alfa transmembran, sebuah struktur yang memiliki tempat di mana molekul ATP dan subunit beta minor dapat mengikat.
Ditemukan pada tahun 1957 oleh Jens Skou (1918-2018), seorang ahli kimia dan profesor universitas Denmark yang memenangkan Hadiah Nobel Kimia berkat penemuan ini.
Bagaimana strukturnya?
Seperti yang telah kita katakan, pompa natrium-kalium adalah struktur dengan fungsi enzimatik. Strukturnya terdiri dari dua subunit protein tipe alfa (α) dan dua tipe beta (β). Dengan demikian, pompa ini adalah tetramer (α2β2), yang protein integralnya melintasi lapisan ganda lipid, yaitu membran sel dan juga beberapa organel.
Kedua jenis subunit menunjukkan variasi dan, sampai saat ini, tiga isoform telah ditemukan untuk subunit alfa (α1, 2 dan 3) dan tiga untuk beta (β1, 2 dan 3). 1 ditemukan di membran sebagian besar sel, sedangkan isoform 2 adalah karakteristik sel otot, jantung, jaringan adiposa, dan otak. Isoform 3 dapat ditemukan di jantung dan otak.
Adapun subunit beta, distribusinya agak lebih menyebar. 1 dapat ditemukan di banyak tempat, tidak ada di sel vestibular telinga bagian dalam dan sel otot glikolitik dari respon cepat, ketidakhadiran ini ditempati oleh isoform 2.
1. Subunit alfa
Subunit alfa adalah struktur yang mengandung situs pengikatan untuk molekul ATP dan ion Na + dan K +. Subunit ini mewakili komponen katalitik enzim, bertindak sebagai pompa itu sendiri.
Secara struktural, subunit alfa terdiri dari polipeptida besar, dengan berat molekul 120 kDa (kilodalton). Di sisi intraseluler mereka (di dalam sel) mereka memiliki situs pengikatan untuk molekul ATP dan untuk Na +, sedangkan situs pengikatan K + ditemukan di sisi ekstraseluler (di luar sel).
- Anda mungkin tertarik: ” Bagian terpenting dari sel dan organel: ringkasan “
2. Subunit beta
Subunit beta tampaknya tidak berpartisipasi secara langsung dalam fungsi pemompaan, tetapi telah terlihat bahwa, jika tidak ada, pompa natrium-kalium tidak memenuhi fungsi utamanya.
Subunit ini memiliki berat molekul masing-masing 55 kDa, dan terdiri dari glikoprotein dengan domain transmembran tunggal. Residu karbohidrat yang dapat ditemukan di subunit ini ditemukan disisipkan di wilayah luar sel.
Fungsi pompa natrium-kalium
Sel dapat diibaratkan seperti balon berisi air tawar yang dibuang ke laut. Lapisannya hampir kedap air, dan lingkungan internal memiliki sifat kimia yang sangat berbeda dari lingkungan eksternal. Sel memiliki konsentrasi variabel zat yang berbeda dibandingkan dengan lingkungan sekitarnya, dengan perbedaan yang signifikan dengan natrium dan kalium.
Ini terkait dengan fungsi utama pompa natrium-kalium, yang terdiri dari mempertahankan homeostasis lingkungan intraseluler, mengendalikan konsentrasi kedua ion ini. Untuk mencapai tujuan ini, lakukan proses mendasar:
1. Transportasi ion
Ini memperkenalkan ion K + dan mengusir ion Na +. Kecenderungan alami, yaitu, tanpa implikasi dari pompa, adalah bahwa natrium masuk dan kalium keluar, karena mereka masing-masing kurang dan lebih terkonsentrasi di dalam sel.
Na + lebih terkonsentrasi di luar sel (142 mEq / L) daripada di dalam (12 mEq / L), sedangkan dengan K + terjadi sebaliknya, ada konsentrasi yang lebih rendah di luar (4 mEq / L) daripada di dalam ( 140 mEq / L)
2. Kontrol volume sel
Saat ion keluar dan masuk, volume sel juga dikontrol, mengontrol jumlah cairan di dalam sel itu sendiri.
3. Generasi potensial membran
Pompa natrium-kalium berpartisipasi dalam pembangkitan potensial membran. Ini karena, dengan mengeluarkan tiga ion natrium untuk setiap dua ion kalium yang dimasukkan, membran sel tetap bermuatan negatif di bagian dalamnya.
Ini menghasilkan perbedaan muatan antara bagian dalam dan luar sel, perbedaan yang dikenal sebagai potensial istirahat.
Ion bermuatan positif, sehingga tidak harus mungkin bagi mereka untuk mendorong masuk dan keluar dengan cara yang mereka lakukan. Namun, keberadaan saluran ion pada membran memungkinkan, selektif, bahwa ada fluks terhadap gradien elektrokimia bila diperlukan.
Mekanisme aksi
Seperti yang telah kita katakan, pompa natrium-kalium memiliki fungsi enzimatik dan, untuk alasan ini, juga disebut Na + / K + ATPase. Mekanisme kerja struktur transmembran ini terdiri dari siklus katalitik di mana gugus fosforil ditransfer.
Agar reaksi berlangsung, keberadaan molekul ATP dan ion Na + di dalam sel dan ion K + di luar sel diperlukan. Ion Na + mengikat transporter enzim, yang memiliki tiga situs pengikatan sitosolik untuk ion ini. Keadaan ini disebut E1 dan, setelah mencapainya, ATP mengikat ke situsnya pada molekul, menghidrolisis dan mentransfer gugus fosfat ke molekul aspartat 376, suatu proses dari mana asilfosfat diperoleh. Ini menginduksi perubahan ke keadaan berikutnya, E2. Setelah ini terjadi pengusiran tiga ion natrium dan pengenalan dua ion kalium.
Pentingnya pompa natrium-kalium
Berdasarkan apa yang telah kita jelaskan, pompa natrium-kalium menjadi sangat penting karena mencegah sel memasukkan terlalu banyak ion Na + di dalamnya. Jumlah natrium yang lebih besar di dalam sel ini dikondisikan oleh masuknya air yang lebih besar dan, akibatnya, peningkatan volume sel. Jika saya mengikuti tren ini, dan mengambil kasus balon sebelumnya sebagai contoh, sel akan meledak seolah-olah itu satu. Berkat aksi pompa itulah sel dicegah dari keruntuhan seperti ini.
Selain itu, pompa berkontribusi pada pembentukan potensial membran. Dengan memasukkan dua ion K + untuk setiap tiga Na + yang dikeluarkan, muatan listrik internal didekompensasi, mendukung produksi potensial membran karakteristik sel. Pentingnya ini bahkan lebih besar jika sel-sel saraf diperhitungkan, di mana potensial aksi dicirikan oleh proses sebaliknya, yaitu masuknya natrium dan keluarnya kalium.
Fungsi ginjal
Aspek lain yang menarik dari pompa natrium-kalium adalah bahwa mereka terlibat dalam fungsi ginjal dan, pada kenyataannya, tidak mungkin tanpa mereka. Ginjal menyaring 180 liter plasma setiap hari, yang mengandung zat yang harus dikeluarkan, sementara yang lain harus diserap kembali agar tidak hilang melalui urin. Reabsorpsi natrium, air, dan zat lain secara langsung bergantung pada pompa natrium-kalium, yang ditemukan di segmen tubulus nefron ginjal.
Referensi bibliografi:
- Guyton AC, Hall JE: Substance Transport Melintasi Membran Sel, dalam: Textbook of Medical Physiology, 13th ed, AC Guyton, JE Hall (eds). Philadelphia, Elsevier Inc., 2016.
- Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Prinsip biokimia Lehninger. Macmillan.
- Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2013). Biologi sel esensial. Ilmu Garland.