Fonction, fonctions et importance de la pompe à potassium de sodium



Le pompe à sodium et potassium est un mécanisme de transport cellulaire actif qui déplace les ions sodium (Na+) de l'intérieur de la cellule vers l'extérieur et de l'ion potassium (K+) dans la direction opposée. La pompe est responsable du maintien des gradients de concentration caractéristiques des deux ions.

Ce transport ionique se produit par rapport à des gradients de concentration normaux, car lorsqu'un ion est fortement concentré dans la cellule, il a tendance à le laisser assimiler les concentrations à l'extérieur. La pompe à sodium et à potassium rompt ce principe et, pour ce faire, il faut de l’énergie sous forme d’ATP.

En fait, cette pompe est un exemple de modèle de transport cellulaire actif. La pompe est formée par un complexe de nature enzymatique qui effectue les mouvements des ions à l'intérieur et à l'extérieur de la cellule. Il est présent dans toutes les membranes des cellules animales, bien qu'il soit plus abondant dans certains types, comme les neurones et les cellules musculaires.

Les ions sodium et potassium sont essentiels pour diverses fonctions biologiques, telles que le maintien et la régulation du volume cellulaire, la transmission de l'influx nerveux, la génération de contractions musculaires, entre autres.

Index

  • 1 opération
    • 1.1 Principes de base du transport cellulaire
    • 1.2 Transport actif et passif
    • 1.3 Caractéristiques de la pompe à sodium-potassium
    • 1.4 Comment fonctionne la pompe à sodium-potassium?
    • 1.5 ATPase
    • 1.6 Pompes ioniques régéniques et électrogènes
    • 1.7 Vitesse de la pompe
    • 1.8 Cinétique de transport
  • 2 Fonctions et importance
    • 2.1 Contrôle du volume cellulaire
    • 2.2 Potentiel membranaire au repos
    • 2.3 Impulsions nerveuses
  • 3 inhibiteurs
  • 4 références

Opération

Principes de base du transport cellulaire

Avant d'explorer en profondeur le fonctionnement de la pompe sodium-potassium, il est nécessaire de comprendre et de définir les termes les plus utilisés en termes de transport cellulaire.

Les cellules sont en constante échange de matériaux avec leur environnement externe. Ce mouvement se produit grâce à la présence de membranes lipidiques semi-perméables qui permettent aux molécules d'entrer et de sortir à la convenance de la cellule; les membranes sont des entités hautement sélectives.

Les biomembranes ne sont pas composées uniquement de lipides; ils ont également une série de protéines liées à eux qui peuvent les traverser ou s'y ancrer par d'autres voies.

Compte tenu du comportement apolaire de l’intérieur des membranes, l’entrée de substances polaires est compromise. Cependant, le déplacement des molécules polaires est nécessaire pour se conformer à différents processus; par conséquent, la cellule doit avoir des mécanismes permettant le transit de ces molécules polaires.

Le passage de molécules à travers les membranes peut être expliqué par des principes physiques. La diffusion est le mouvement aléatoire de molécules provenant de zones de fortes concentrations vers des régions où la concentration est plus faible.

En outre, le mouvement de l'eau au moyen de membranes semi-perméables s'explique par l'osmose, un processus dans lequel l'écoulement de l'eau se produira lorsqu'il y a une concentration plus élevée de solutés.

Transport actif et passif

Selon l'utilisation ou non de l'énergie, le transport à travers les membranes est classé comme passif et actif.

Lorsqu'un soluté est transporté passivement, il ne le fait que pour des gradients de concentration, suivant le principe de la diffusion simple.

Il peut le faire à travers la membrane, à travers des canaux aqueux ou en utilisant une molécule de transport qui facilite le processus. Le rôle de la molécule transporteuse est de "masquer" une substance polaire afin qu'elle puisse traverser la membrane.

Il y a un moment où les solutés ont assimilé leurs concentrations des deux côtés de la membrane et le flux s'arrête. Si vous souhaitez déplacer la molécule dans une certaine direction, vous devrez injecter de l'énergie dans le système.

Dans le cas de molécules chargées, le gradient de concentration et le gradient électrique doivent être pris en compte.

La cellule investit beaucoup d’énergie pour garder ces gradients à l’écart, grâce à l’existence d’un transport actif qui utilise l’ATP pour déplacer une particule dans des zones de forte concentration.

Caractéristiques de la pompe à sodium et potassium

À l'intérieur des cellules, la concentration en potassium est environ 10 à 20 fois supérieure à celle de l'extérieur des cellules. De même, la concentration en ions sodium est beaucoup plus élevée en dehors de la cellule.

Le mécanisme responsable du maintien de ces gradients de concentration est la pompe à sodium-potassium, formée par une enzyme ancrée à la membrane plasmique dans les cellules animales.

Il est de type antiport, car il échange une sorte de molécule d'un côté de la membrane avec une autre. Le transport du sodium a lieu à l’extérieur, tandis que le transport du potassium se produit à l’intérieur des terres.

En ce qui concerne les proportions, la pompe nécessite l'échange obligatoire de deux ions potassium de l'extérieur par trois ions sodium provenant de l'intérieur de la cellule. En cas de pénurie d'ions potassium, l'échange d'ions sodium qui se produirait normalement ne peut pas être effectué.

Comment fonctionne la pompe à sodium-potassium?

L'étape initiale est la fixation des trois ions sodium dans la protéine ATPase.La décomposition de l'ATP dans l'ADP et le phosphate se produit; le phosphate libéré dans cette réaction est associé à la protéine, induisant un changement de conformation dans les canaux de transport.

L'étape est connue sous le nom de phosphorylation des protéines. Avec ces modifications, les ions sodium sont expulsés vers l'extérieur de la cellule. Par la suite, l'union des deux ions potassium de l'extérieur se produit.

Dans la protéine, les groupes phosphate sont découplés (la protéine est déphosphorylée) et la protéine retourne à sa structure initiale. A ce stade, les ions potassium peuvent entrer.

ATPase

Structurellement, la "pompe" est une enzyme du type ATPase qui possède des sites de liaison pour les ions sodium et l'ATP sur la surface qui fait face au cytoplasme, et dans la partie qui fait face à l'extérieur de la cellule se trouvent les sites de union pour le potassium.

Dans les cellules de mammifères, l'échange des ions cytoplasmiques Na + par les ions K + extracellulaires est assuré par une enzyme ancrée à la membrane, appelée ATPase. L'échange d'ions se traduit par un potentiel membranaire.

Cette enzyme est constituée de deux polypeptides membranaires avec deux sous-unités: alpha de 112 kD et bêta de 35 kD.

Pompes ioniques, regéniques et électrogènes

Comme le mouvement des ions à travers les membranes est inégal (deux ions potassium pour trois ions sodium), le mouvement net vers l'extérieur implique une charge positive par cycle de pompage.

Ces pompes sont appelées réogènes car elles impliquent un mouvement net des charges et produisent un courant électrique transmembranaire. Dans le cas où le courant génère un effet sur la tension de la membrane, la pompe est appelée électrogène.

Vitesse de la pompe

Dans des conditions de normalité, la quantité d'ions de sodium pompés dans l'extérieur de la cellule est égale au nombre d'ions entrant dans la cellule, de sorte que le flux net de mouvement est égal à zéro.

La quantité d'ions existant à l'extérieur et à l'intérieur de la cellule est déterminée par deux facteurs: la vitesse à laquelle le transport actif du sodium se produit et la vitesse à laquelle il rentre par les processus de diffusion.

Logiquement, la vitesse d'entrée par diffusion détermine la vitesse requise par la pompe pour maintenir la concentration requise dans les environnements intra et extracellulaires. Lorsque la concentration augmente, la pompe augmente sa vitesse.

Cinétique de transport

Le transport actif présente une cinétique de Michaelis-Menten, caractéristique d'un nombre important d'enzymes. De même, il est inhibé par des molécules analogues.

Fonctions et importance

Contrôle du volume cellulaire

La pompe à sodium-potassium est responsable du maintien d'un volume cellulaire optimal. Ce système favorise la sortie des ions sodium; par conséquent, l'environnement extracellulaire acquiert des charges positives. En raison de l'attrait des charges, les ions s'accumulent avec des charges négatives, telles que les ions chlore ou bicarbonate.

À ce stade, le liquide extracellulaire contient une quantité importante d'ions, ce qui génère le mouvement de l'eau de l'intérieur de la cellule vers l'extérieur - par osmose - pour diluer ces solutés.

Potentiel membranaire au repos

La pompe à sodium-potassium est connue pour son rôle dans l'influx nerveux. Les cellules nerveuses, appelées neurones, sont électriquement actives et spécialisées pour le transport des impulsions. Dans les neurones, on peut parler d'un "potentiel membranaire".

Un potentiel de membrane se produit lorsqu'il existe une inégalité de concentration ionique des deux côtés de la membrane. Comme l'intérieur de la cellule contient de grandes quantités de potassium et que l'extérieur est riche en sodium, ce potentiel existe.

Le potentiel de membrane peut être distingué lorsque la cellule est au repos (il n'y a pas d'événements actifs ou post-synaptiques), ainsi que le potentiel d'action.

Lorsque la cellule est au repos, un potentiel de -90 mV est établi et cette valeur est maintenue principalement par la pompe à sodium-potassium. Dans la majorité des cellules étudiées, les potentiels de repos sont compris entre -20 mV et -100 mV.

Impulsions nerveuses

L'impulsion nerveuse conduit à l'ouverture des canaux sodiques, crée un déséquilibre dans la membrane et est dit "dépolarisé". Comme il a une charge positive, une inversion de la charge se produit sur la face interne de la membrane.

Lorsque l'imposant se termine, l'ouverture des canaux potassiques se produit pour reconstituer les charges à l'intérieur de la cellule. A ce moment, la pompe à sodium-potassium maintient la concentration desdits ions constante.

Les inhibiteurs

La pompe à sodium-potassium peut être inhibée par le glucoside ouabine cardiaque. Lorsque ce composé atteint la surface de la cellule, il entre en compétition pour les sites de liaison des ions. Il est également inhibé par d'autres glycosides tels que la digoxine.

Références

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