عملکرد پمپ سدیم-پتاسیم

پمپ سدیم-پتاسیم و عملکرد آن در نورون + ویدئو

سید محمد حسین سبزپوشان توسط

پمپ سدیم-پتاسیم پروتئینی غشایی است که وظیفه ی آن بازگرداندن نورون به حالت استراحت می باشد.

پروتئین های غشا

می دانیم که مولکول های لیپیدی غشا بسیار بیشتر از پروتئین های آن است، اما به علت بزرگ بودن مولکول های پروتئین، ۵۵% وزن غشا مربوط به این پروتئین ها می باشد. پمپ سدیم-پتاسیم (sodium potassium pump) نیز جزو این دسته از پروتئین های غشایی محسوب می شود که در ادامه به آن خواهیم پرداخت.

پروتئین های غشا از نظر نحوه قرار گیری در آن به دو نوع تقسیم می شوند:

  • پروتئین های بیرونی یا محیطی (Peripheral Protein)
  • پروتئین های درونی (Internal Protein)

پروتئین های بیرونی در سطح غشای پلاسمایی سلول قرار داشته و در عمق آن نفوذ نمی کنند.

لازم به ذکر است که پروتئین های بیرونی بیش تر نقش آنزیمی یا کنترل کننده اعمال داخل سلولی را بر عهده دارند.

پروتئین های درونی به داخل غشا نفوذ کرده و بسیاری از آن ها همه ضخامت غشا را طی کرده و از دو سمت غشا بیرون می زنند. به این  دسته که نوعی از پروتئین های درونی است ،  پروتئین های سرتاسری (Integral Protein) می گویند. بسیاری از این پروتئین ها کانال هایی ایجاد می کنند که آب و یون ها می توانند از طریق آن ها میان مایع داخل سلولی و خارج سلولی حرکت کنند.

مولکول های لیپیدی غشا بسیار بیشتر از پروتئین های آن است. اما پروتئین ها به علت بزرگی خود حدود 55 درصد وزن غشا را شامل میشود
مولکول های لیپیدی غشا بسیار بیشتر از پروتئین های آن است. اما پروتئین ها به علت بزرگی خود حدود ۵۵ درصد وزن غشا را شامل میشود

تقسیم بندی پروتئین های غشایی از نظر عملکرد

  • پروتئین های ساختمانی (Structural Protein)
  • کانال های نشتی (Leak Channel)
  • کانال های دریچه دار (Gated Channel)
  • حامل ها (Carrier)
  • گیرنده (Receptor)
  • آنزیم (Enzyme)

پمپ سدیم-پتاسیم نوعی پمپ الکتروژنیک می باشد و جزو یکی از مهمترین پروتئین های غشایی محسوب می شود که با مصرف انرژی (ATP)  کمک می کند تا سلول به پتانسیل استراحت خود برسد.

ساختار، شکل و مدل کامپیوتری پمپ سدیم-پتاسیم

پمپ سدیم-پتاسیم جز پروتئین های درونی محسوب میشود چرا که از بیرون غشا تا درون آن امتداد یافته و یا به بیان دیگر عرض غشا را طی می کند
پمپ سدیم-پتاسیم جز پروتئین های درونی محسوب میشود چرا که از بیرون غشا تا درون آن امتداد یافته و یا به بیان دیگر عرض غشا را طی می کند

تصویر بالا ساختار شبیه سازی شده از پمپ سدیم-پتاسیم توسط کامپیوتر است. در این شکل، نوار خاکستری رنگ به منظور نشان دادن غشای سلول بوده و قسمت بالا و پایین آن به ترتیب بیانگر محیط خارجی سلول و محیط داخلی سلول (سیتوزول) می باشد.

از تصویر بالا و اطلاعات اولیه درباره پروتئین های غشا می توان پی برد که پمپ سدیم-پتاسیم جز پروتئین های درونی به شمار می رود چرا که از بیرون غشا تا درون آن امتداد یافته و یا به بیان دیگر عرض غشا را طی کرده است.

انتقال مواد از پمپ سدیم-پتاسیم به داخل و خارج سلول به صورت انتقال فعال (active transport) بوده و با مصرف (ATP (Adenosine triphosphate همراه است که این فرآیند در ادامه مورد بحث قرار خواهد گرفت.

پمپ سدیم-پتاسیم به سه بخش کلی تقسیم می شود که هر کدام از این قسمت ها به نوبه ی خود کاری را در راستای هدفی مشترک انجام می دهند
پمپ سدیم-پتاسیم به سه بخش کلی تقسیم می شود که هر کدام از این قسمت ها به نوبه ی خود کاری را در راستای هدفی مشترک انجام می دهند

پمپ سدیم-پتاسیم به سه بخش کلی زیر تقسیم می شود:

  • آلفا (α)
  • بتا (β)
  • گاما (¥)

هرکدام از این قسمت ها به نوبه ی خود کاری را در راستای هدفی مشترک انجام می دهند و در تعامل با یکدیگر هستند. گفتنی است که این بخش ها نیز خود شامل زیربخش های دیگری است. به طور مثال بخش آلفا خود از چهار قسمت تشکیل می شود.

 آنچه باید درباره ساختار پمپ سدیم-پتاسیم به طور کامل دانست، تعداد جایگاه های یون سدیم، تعداد جایگاه یون پتاسیم و محل و طرز قرار گیری هر کدام است.

تصویر درج شده در اول مطلب، شکلی شماتیک از پمپ سدیم-پتاسیم را نشان می دهد. این پروتئین غشایی از سه جایگاه سدیمی و دو جایگاه پتاسیمی تشکیل شده، که در مرحله هیپرپولاریزاسیون با مصرف انرژی به صورت (ATP) باعث بازگشت غلظت یونی به حالت اولیه می شود.

عملکرد پمپ سدیم-پتاسیم

هنگامی که نورونی قصد ارسال پیامی به سایر نورون ها را دارد، به این منظور پیام الکتریکی در طول سلول حرکت می کند تا به نورون بعدی برسد.

حال چه اتفاقاتی در این بین می افتد؟ نقش پمپ سدیم-پتاسیم در این حین چیست؟

پیام های الکتریکی در نورون ها

از خصوصیات ویژه سلول های عصبی و عضلانی که از آن ها به عنوان بافت تحریک پذیر (Excitable tissues) یاد می شود، توانایی آن ها در تولید و انتقال پیام های الکتریکی است.

همان طور که می دانید همه ی سلول های زنده دارای اختلاف پتانسیل استراحتی در دو طرف غشا هستند. اختلاف پتانسیل غشا که آن را با (Vm (Voltage membrane نشان میدهیم، اختلاف الکتریکی است که از پخش ناهمگون یون ها در دو طرف غشای سلول ناشی می شود.

به طور طبیعی غلظت یون های سدیم و کلسیم در مایع خارج سلولی (ECF) بیش تر از غلظت آن در مایع داخل سلولی (سیتوزول) است. اما غلظت پتاسیم در مایع داخل سلول (ICF) بیش تر از مایع خارج سلولی می باشد.

در پتانسیل استراحت، غشای سلول به یون های پتاسیم، بسیار بیش تر از یون های سدیم و کلسیم نفوذ پذیری دارد و به همین دلیل یون پتاسیم نقش تعیین کننده ای در ایجاد پتانسیل استراحت سلول دارد. مقدار متوسط پتانسیل غشا برای نورون ها در حالت استراحت ۷۰- میلی ولت است. البته این مقدار در هر نورون وابسته به نوع و فعالیتی که انجام می دهد متغیر است.

دو عامل بر پتانسیل غشا تاثیر می گذارند که عبارت اند از:

  • اختلاف غلظت یون ها در دو طرف غشای سلول
  • نفوذپذیری غشا به این یون ها

اگر هر کدام از این دو مورد ذکر شده تغییر یابند، پتانسیل غشا تغییر می کند که موجب تولید پیام الکتریکی می شود و می تواند برای انتقال اطلاعات به کار گرفته شود.

پس از برهم خوردن اختلاف غلظت یون ها در دو طرف غشای نورون (در حالت استراحت) فرآیندی به نام پتانسیل عمل شکل می گیرد که تکرار و حرکت این عمل در سرتاسر غشای نورون، پیامی الکتریکی را بوجود می آورد که از طریق محل اتصال دو نورون یا همان سیناپس و توسط میانجی های عصبی به نورون بعدی انتقال یافته و درصدد مهار یا فعال سازی آن بر می آید.

عملکرد پمپ سدیم-پتاسیم هنگام پتانسیل عمل و پتانسیل استراحت

پتانسیل عمل از چهار بخش دیپولاریزیشن، اورشوت، ریپولاریزیشن و هیپرپولاریزیشن تشکیل می شود
پتانسیل عمل از چهار بخش دیپولاریزیشن، اورشوت، ریپولاریزیشن و هیپرپولاریزیشن تشکیل می شود

پتانسیل استراحت

تابع آبی رنگ رسم شده در نمودار اختلاف پتانسیل (mv) بر حسب زمان (ms) می باشد که یک دوره فعالیت مقطعی از غشا نورون را نشان می دهد که در قسمت پایین سمت چپ هنگامی که تابع تا حدود زیادی افقی بوده و بر روی محور (Y) روی عدد ۷۰- میلی ولت قرار دارد، می گوییم غشا در حالت پتانسیل استراحت است و در این لحظه پمپ سدیم-پتاسیم فعالیت آنچنانی نداشته و فقط هنگامی که به علل مختلف (مانند اثر گذاری برخی محرک ها) ثبات غلظت یونی در دو طرف غشا برهم بخورد شروع به کار می کند.

پتانسیل عمل

با توجه به نمودار بالا با عبور از قسمت پتانسیل استراحت مشاهده می شود که تابع ابتدا با شیب ملایم سیر صعودی پیدا کرده و سپس با شیب تند تری به صعود خود ادامه می دهد و پس از رسیدن به اوج (قله) دوباره سیر نزولی را درپیش گرفته و حتی برای مدت بسیار کمی پایین تر از مقدار اولیه (۷۰- میلی ولت) قرار می گیرد، اما این حالت دوام زیادی نداشته و تعادل غلظت یونی دوباره به همان حالت اولیه بر می گردد.

در طی فرآیند هیپرپولاریزاسیون پمپ سدیم-پتاسیم نقش اصلی خود یعنی برقرار نگاه داشتن ثبات غلظت یونی در دو طرف غشا را ایفا کرده و باعث می شود این عمل به درستی و بی عیب و نقص در تک تک سلول های عصبی ما به وقوع بپیوندد.

هنگام شروع پتانسیل عمل به دلیل آنکه غشای سلول نسبت به یون های سدیم نفوذپذیر می شود (با باز شدن کانال های سدیمی) در نتیجه یون سدیم که در خارج غلظت زیادتری نسبت به داخل سلول دارد در جهت شیب غلظت و بدون صرف انرژی وارد ناحیه داخلی شده و باعث بهم خوردن اختلاف غلظت اولیه و همچنین مثبت تر شدن مجموع بار داخل سلول نسبت به بیرون آن می شود. بعد از این اتفاق کانال های پتاسیمی باز شده و یون پتاسیم هم مانند یون سدیم در جهت شیب غلظت به بیرون سلول هجوم می برد، در این حالت از نظر بارالکتریکی مقطع غشای سلول به ثبات رسیده ولی این مورد در صورت بوجود آمدن تحریکی دیگر عملا کارآمد نخواهد بود و این جا است که پمپ سدیم-پتاسیم نقش آفرینی کرده و با مصرف، و شکستن پیوندهای پر انرژی فسفات در آدنوزین تری فسفات (ATP) و تبدیل آن به آدنوزین دی فسفات (ADP) طبق اصول بیوشیمیایی سه یون سدیم را بیرون فرستاده و دو یون پتاسیم را به درون وارد می کند. انجام مداوم این عمل توسط پمپ سدیم-پتاسیم در نهایت منجر به بازگشت اختلاف ولتاژ و غلظت یونی در دو طرف غشای سلول می شود.

یک سیکل کامل تولید و انتقال پیام الکتریکی در نورون
یک سیکل کامل تولید و انتقال پیام الکتریکی در نورون

 تصویر بالا یک دوره فعالیت نورونی را نشان می دهد. سعی کنید محل هر شماره و خود آن را بخاطر داشته باشید. به نظر شما اوج فعالیت پمپ سدیم-پتاسیم در کدام مرحله به وقوع میپیوندد؟ نظرات خود را با دیگر خوانندگان brainbee.ir در میان بگذارید.

۴٫۹ (۹۸٫۱%) ۲۱ votes

ممکن است بپسندید

3 نظر
  1. اشرف السادات بشیری 3 ماهپیش
    پاسخ

    با عرض سلام و خدا قوت
    ممنون از مطلب بسیار پر محتوی شما
    منتظر مطالب علمی شما هستم

    • محمدرضا ابراهیمیان 3 ماهپیش
      پاسخ

      سلام دوست عزیز
      ممنون از کامنتتون
      خوشحالیم از اینکه محتوای سایت براتون مفید بوده.

  2. ریحانه 1 ماهپیش
    پاسخ

    سلام

    مرسی. مطلبتون عالی بود.

    میخواستم بدونم نقش آنزیمی پمپ سدیم پتاسیم برای چیه؟
    برای اینکه که ATP رو میشکونه؟؟؟

نظر دهید

آدرس ایمیل شما منتشر نمیشود.