Iónové pumpy

Video: Neuróny Prednáška 3 - čerpadlo sodno-draselný

Ion čerpadlá molekulárne mechanizmy zvanej lokalizovaný v membráne a určené na prepravu materiálu energie, ktorá sa uvoľňuje pri štiepení ATP alebo akýkoľvek iný typ energie.

Tieto mechanizmy sú výsledkom evolučnej adaptáciou organizmov na zmeny v iónovej zložení na životné prostredie. Podľa Grennera D. (2004), proteíny, že fungovali dobre v médiu primárnej oceáne obsahujúcom prevažne K⁺ a Mg²⁺. V priebehu doby, zloženie oceánu zmenil a stal sa prevládajúcou ióny Na⁺ a Ca²⁺. Preto sa mechanizmus, ktorý obmedzuje koncentrácia týchto iónov v bunkách, ale vedenie im K⁺ a Mg²⁺. Tento mechanizmus sa stal sodíka a vápnika čerpadlo. Tá je schopná udržiavať medzi cytosolické a extracelulárnej tekutiny 1000 násobnému gradientu koncentrácie Ca²⁺. Výsledkom je, že dnes všetky mnohobunkových organizmov Na⁺ a Ca²⁺ boli hlavné ióny extracelulárnom médiu. Ten slúži intracelulárne mediátor pre mnoho metabolických procesov pomocou hormóny alebo iné biologicky aktívne látky, ktoré spôsobujú rýchle prechodné zmeny prúdu iónov cez plazmatickú membránu a intracelulárnych oddielov medzi.

Práca biologického čerpadla má určité vlastnosti. Po prvé, - pohyb iónov proti očakávanému smeru difúzie konjugátu s paralelným štiepenia ATP. Rýchlosť transportu iónov citlivé na teplotu, ako stimulátorov alebo inhibítorov pracovať asymetricky, to znamená, že vnútorné a vonkajšie strany membrány rôznymi spôsobmi. Hlavné charakteristickou vlastnosťou iónov čerpadiel prenosu iónov je len v jednom smere, tj. vektor.

Iónové pumpy sú hlavnou prekážkou k zvýšeniu entropia v biosfére. K dispozícii sú iba tri: protonická, sodík a vápnik. Všetky živé bunky obsahujú protónovej pumpy. U vyšších organizmov pôsobí ako protónovej pumpy generátory ATP energie uvoľnenej pri preprave transmembránového vodíkových iónov v gradientov koncentrácií elektrického poľa a iónov. V nižších živočíchov a rastlín sú nielen protónovej pumpy, generátory, ale čerpadlá motory, ktoré nesú H⁺ electrodiffusion proti silám v dôsledku energie ATP alebo iných externých zdrojov energie. Protónovej pumpy v rastlinách a mikroorganizmoch by zachrániť klietka zo silných vonkajších vplyvov - kolísanie teplôt, osmotického tlaku, mechanickým vplyvom, atď Preto sú tieto bunky sú chránené tvrdou škrupinou polysacharidu, ktoré sa líšia svojím zložením od živočíšnych bunkových membrán.

Na rozdiel od generických protónovej pumpy sodíka a vápnika sa nachádzajú iba u zvierat. V tomto prípade je sodík je spojená s prácou na prvom mieste nervového a spojivového tkaniva a vápnika sa prejavuje len vo svaloch. Na rozdiel od protónu, ktoré reagujú na zmeny v pomere prvkov v bunke, stabilizačné a regulačné zvieratám intracelulárnu komunikácie a akcie. Zvážiť mechanizmus účinku biologického čerpadla viac.

Video: Ako Ion čerpadlá pracujú

protónovej pumpy

Ako už bolo uvedené, všetky bunky používajú rovnaké energie spojovací mechanizmus je získaný oxidáciou predovšetkým sacharidov a mastných kyselín (niekedy - proteínov alebo TC) v mitochondriálnej matrix, práca, viazaného na membránu protónovej pumpy. Protónovej pumpy je univerzálny, to znamená, že môže fungovať ako generátor a ako motor. V režime generátora energie transformuje elektrické pole a koncentrácia diferenciálnej vodíkových iónov (protón spád) Na chemickú energiu, ktorá je uložená vo forme ATP. Adenosintrifosfát je "energetická mena" bunky, ktorá sa ukázala ako Nobelova cena za fyziológiu alebo medicínu 1953 FA. Lipmann.

Druhy sú fotosyntetické protónovej pumpy jednotka chloroplasty a dýchacie jednotky mitochondrie. Sú odolné voči transmembránový hydroniový ión (H₃O⁺) Prostredníctvom absorpcie svetla alebo pri oxidácii organických zlúčenín. V oboch prípadoch sú ióny transportované v jednom smere, tj., vektor. Protónového gradientu sa používa ATP-syntázy pre syntézu ATP, na mol uvedeného prenosný iónov hydronium zásobníkov energie vo výške približne 24 kJ.

Mitochondriálna protónovej pumpy dopravuje vodíkové ióny H⁺ na jednej strane vnútornej membrány na druhú, v priestore intermembrane. S touto sadou na vnútornej membráne elektrochemické protón spád - PGE (rozdiel pH na oboch stranách membrány, &Delta-pH), Ktorý spolu s transmembránovými potenciálom (&delta&Psy) umožňuje spustiť proces výroby energie. Podieľa sa enzým H⁺ - tranlotsiruyuschaya ATP SYNTÁZA, sa nachádza vo vnútornej mitochondriálnej membrány. To syntetizuje ATP z adenozín 5'-difosfát (ADP) a anorganický fosfát (Pi). Tak protóny prúdiť späť do mitochondriálnej matrix. Proces enzymatické premeny v oxidačných metabolitov zvaných energie oxidatívny fosforylácie. To znamená, ATPsyntázy beží v opačnom smere v porovnaní s ATPase. Celá myšlienka, že ATP syntéza spojené s prevodom na protón energie o koncentračného gradientu, je pomenovaná teória hemoosmoticheskoy (Mitchell, 1961). V roku 1978, Mitchell získal pre túto prácu Nobelovu cenu za chémiu.

Prechod elektrónu v procese oxidácie z jedného akceptora do druhého, z vyššieho na nižší energetického stavu, sa vykonáva systém prenosu elektrónov (dýchacie reťazec - DC). Skladá sa z troch proteínových komplexov vložené do vnútornej membrány mitochondrií, a dva pohyblivé molekulárnej transportéry - ubiquinónu (koenzým Q) a cytochróm c. Všeobecne platí, že existuje 15 nosiča. Všetky z nich patrí do rozsahu redoxných enzýmov, a sú usporiadané vo vzostupnom poradí potenciálov od -0.4 do +0,8 kJ mol.

Energia uvoľnená pri prechode z jedného súboru do druhého, je používaný pre prepravu protónov v priestore intermembrane. V skutočnosti, v dýchacom elektrónového transportného reťazca dochádza medzi atómami kovu koordinačných protetický skupinu proteínových komplexov, s každou ďalšou zložitejšie elektrónové afinitou než predchádzajúce. Vzhľadom k tomu, najvyššiu afinitu k elektrónom má O₂, to je konečnej receptor elektrónový dopravnej reťaz za vzniku vody.

Hlavnými zdrojmi energie v normálnom prevádzkovom bunky sú sacharidy a tuky. Sacharidy sú oxidované v cykle výmenných reakciou s názvom glykolýza, vyznačujúci sa tým, rozlíšiť 10 samostatných enzymatické reakcie. Zhrnutie glykolýza reakcie je nasledujúci:

glukóza + 2ADP + 2pi + 2NAD⁺ 2 pyruvát + 2 NADH + 2 Asia-Pacific,

kde Pi - anorganický fosfát.

Tieto čiastkové oxidačné reakcie prebiehajú v cytoplazme. Výsledný pyruvát je potom transportovaný do mitochondriálnej matrix, ktorý sa oxiduje úplne. prvý acetyl-CoA (via pyruvátdehydrogenasu), A potom sa kyselina citrónová cyklus (Krebsov cyklus, alebo cyklus trikarboxylová kyseliny - CTL), pričom sa uvoľnené elektróny migrovať pozdĺž respiračného tsepi- kde sú produkované ďalšie molekuly ATP. Výsledkom je, že kompletná oxidácia molekuly glukózy 1 tvorí 38 ATP molekuly, ako je znázornené na obrázku (obr. 1).

Obr. 1. Riadenie oxidácii molekúl glukózy

Rovnako tak oxiduje a mastné kyseliny získané štiepením triglyceridov nerozpustných v cytoplazme. Spadajú do mitochondriálnej matrix vo forme acyl-CoAderiváty a plne oxidovaný v cykle &beta--oxidácia, 4, ktorý využíva enzymatické reakcie. Výsledné molekuly acetyl-CoA ďalej oxidovaný v citrátovom cykle mechanizmom popísaným. Podstatou sú reakcie prebiehajúce v TCA cykle je získať vysoko energetické elektróny transportované obnovená midadenindinukleotidom-nikotínu (NADH) a izoluje Flavin adenín dinukleotid (FADH₂). V tomto prípade sa NADH, ktorá je vysoko energetická medziprodukt rýchlo dodáva elektróny od mitochondriálnej matrix v dýchacom reťazci na ich vnútornej membráne. Čo sa týka FADH₂, to za použitia acyl-CoAdehydrogenáza dáva elektróny priamo do ubiquinónu, v elektrónového transportného systému.

Prvý typ protetických skupín sú Flavin enzýmy. Sú to deriváty riboflavínu (vitamín B₂) flavínmononukleotidu - FMN a Flavin adenín dinukleotid - FAD, prijímajúci elektróny z kyseliny jantárovej, oxidovaný v citrátovom cykle. Reakcia je priamy prevod vodíkových atómov alebo dvojice dvoch elektrónov zo substrátu, ktorý má oxidovanú formou riboflavínu izoalloksazinovogo kruhy v molekulách FMN alebo FAD. Redukované formy (FMNFf₂ a FADH₂) Elektróny prevedená ďalej. Aj keď vo väčšine prípadov, je popis Flavin dehydrogenázy o obsahu v nich kovových nezmieňujú, v skutočnosti, že obsahujú proteíny, ióny koordinované nonheme fe²⁺.

Druhý typ nosiča (cytochrómami) Spojené s geminovoy skupiny, v ktorej sa železná ión v komplexe s porfyrínu. Tieto vektory centrálnej atóm železa prechádza z oxidované formy fe³⁺ na zníženej Fe²⁺, prenos elektrónu. Ako je uvedené vyššie, je zmena s mocnosťou centrálneho atóme je železnej cytochrómami líši od hemoglobínu, v ktorej je hom koordinovaná fe²⁺, čo mu umožňuje vykonávať ligandy (O₂ a CO₂).

Tretí typ elektrónových nosičov sú železo-sírne proteíny, , V ktorej 2, alebo 4 atómy fe kovalentne viazané k atómu S cysteinové zvyšky polypeptidového reťazca pre vytvorenie železa síry centrum. prenosu elektrónov je rovnaká ako cytochrómu, teda zmene valencie iónov fe.

Štvrtý typ nosiča sú obsahujúce meď cytochróm c oxidázy. Tieto elektrónové odcudzeniu zmenou valencie atómov medi (B²⁺ - B⁺). V tomto prípade je meď gemosvyazannym s hemové železo v centre bimetalu a zúčastňuje sa v poslednom kroku prenosu elektrónov.

To znamená, že komplexné elektróny I sa prenesú z NADH na FMN alebo FAD, ďalej - na železo proteíny. Komplex II možno považovať sukcinátdehydrogenáza. Komplex III prenos elektrónov z cytochrómu typu B 2 objekty a objekty s typom a₁. Ďalej zapojený do komplexu IV reťazci cytochróm c oxidázy, Bimetallic tém a a₃ 2, ktorými sú meď centrum. priamo z O₂ vzájomné pôsobenie B⁺ a hom₃. pri obnovovaní O₂ produkoval silný základné anión O^{2 *}, viaže spontánne tvoriť 2 protóny vody (Faller, štíty, 2004- tabuľka. 1).

Tabuľka 1. Zložky dýchacieho reťazca

Niekedy sa v tomto texte na dýchací reťazec ATP sYNTÁZA tzv komplex V, aj keď tento enzým sa nepodieľa na prenose elektrónov. Avšak, to je logicky uzatvára elektrónový dopravnej reťaz, prevedenie výslednej protónového gradientu v syntézy ATP. Ďalej, ATP je prenesený z matrice do priestoru intermembrane mitochondrií mechanizmus proti ADP antiporteru, a potom cez Porin vstúpi do cytoplazmy.

Mechanizmus syntézu ATP

ATP sa syntetizuje ATP syntázy vo veľkých množstvách. V pokoji, v dospelého človeka denne prevedie množstvo ATP je asi polovica telesnej hmotnosti a so značnou námahou môže stúpnuť takmer ton. Pre upresnenie detailov procesu syntézy ATP v roku 1997 P. Boyer (P. D. Boyer), D. Walker (J. E. Walker) a J. skou (J. C. Scou) bola udelená Nobelova cena za chémiu.

ATP syntázy sa skladá z dvoch častí: vložené do membrány protón kanál a katalytický proteín podjednotky. Proton kanál (faktor F₀) Obsahuje 3 hydrofóbna druhy polypeptid s molekulovou hmotnosťou 100-150 tisíc. Áno (1, 2b a 9-12). Ďalšia časť enzýmu je sférický proteín (faktor F₁) S molekulovou hmotnosťou približne 500 tis. Áno. Skladá sa, aspoň 9 podjednotiek (3 - &alfa, 3 - &beta a 1 - &gama, &delta, &epsilon-). faktor F₁ ľahko zmyť na membránu slabými rozpúšťadlami. &beta - podjednotky obsahuje 3 aktívnych centier, ktoré sa podieľajú na prenose protónu v cykle tvorby ATP. prenos protónu energie sa spotrebuje prevažne v otáčaní jedného z podjednotiek, čo spôsobuje konformační zmenu con ďalšie dve a ATP uvoľnenie vytvoreného v druhej fáze cyklu, do bunky (Obr. 2).

Obr. 2. Zjednodušený obraz ATP syntázy.

ATP SYNTÁZA pracuje vo veľmi špecifickým spôsobom. Väčšina enzýmov viazať a uvoľňovať substrátov a produktov spontánne, ale pre plné katalytické reakcie vyžaduje energiu. Naproti tomu v molekule ATP syntázy energie nie je vyžadovaný pre syntézu ATP z ADP a P1, a na ADP a fosfátu okrem enzýmu nasleduje uvoľnenie ATP. Prebytok (prebytok) energie uloženej v ATP. &gama, &a delta &epsilon - subediiitsy otáčať vo vojne tvoreného striedavého &a alfa- &beta - podjednotky. Táto rotácia podporuje štrukturálne zmeny v &beta, mení svoju schopnosť väzby v priebehu cyklu (obr. 3).

Obr. 3. "viazanie výmenu" Mechanizmus ATP formácie (v Boyer)

Boyer označil ATP syntázy "molekulárnej stroj". To môže byť v porovnaní s vodným mlynom. F_o - bicykel, protóny prietoku - padajúce prúd vody, ako štrukturálnych zmien v F₁ poskytujú pre vytvorenie jedného rotačného cyklu troch molekúl ATP.

Režim Motor protónovej pumpy, ako ostatné dva, vzhľadom k energii ATP vytvoriť medzi bunkou a stredným elektrochemickej potenciálny rozdiel. V tomto prípade môže byť energia pre membránové potenciály vektorových živiny - transportné proteíny (permeasy) - o dodávke látok bunkách odlišnú chemickú povahu a energetickú hodnotu. Na rozdiel od čerpadla, permeáza konštruovaný symetricky s ohľadom na životné prostredie, a práca v oboch smeroch equiprobably, no vektor. Smer pohybu závisí na vonkajších podmienkach a nie štruktúre enzýmu. Preto je takýto systém je označený ako "psevdonasosy".

Permeáza vykazujú špecifickosť pre substráty, vrátane skupiny. Plní aktívny prenos v dôsledku ATP alebo iných zlúčenín bohatých energie, napríklad, fosfoenolpyruvát. Aktívne transportné mechanizmy predstavujú tri (obr.4): 1. Uniporter, ak je jedna látka prevedie v jednom smere (napríklad glukózy v pečeňových bunkách) - 2. symport, ak sú dva alebo viac látok prepravované v jednom smere (napríklad aminokyseliny a glukóza spolu s iónmi na⁺ v črevnom epitelu) - 3. antiport, v prípade, že je výmena molekúl rôznymi spôsobmi (napr., HCO₃ na cl erytrocytov membrána alebo ATP na ADP z matrice do priestoru intermembrane mitochondrií).

Obr. 4. Aktívny transport iónov a molekúl v dôsledku hydrolýzy ATP energie

V tomto prípade, glukóza a aminokyseliny môžu prísť v červenej krvinky sa nielen aktívne transportovaný, ale tiež uľahčila difúzia permeázu typu Uniporter. V tomto prípade je molekula prevedená do erytrocytov okamžite fosforylovaného a tým stráca schopnosť opustiť bunku, to znamená, že smerom von, tento proces má vlastnosti vektora. Špecifickosť permeáza pre glukózu ( "D-hexóza") Je, že so sebou nesie iba D-izomér. To je integrálnou membránový proteín s molekulovou hmotnosťou 45 kDa.

Prevod väčšiny rozpustných molekúl cez biologické membrány sprostredkovaná nosičmi alebo proteíny kanála. Tieto kanály umožňujú prenos iónov cez membránu je veľmi rýchlo, a to až do 10⁸ iónov / s na kanál. Takáto rýchlosť prenosu iónov vzhľadom na skutočnosť, že proteíny kanál v prenose iónov z jedného membránového strany na druhú nepodstúpi konformační zmeny. Zdá sa, že proteínové komplexy v membránovej forme v stredu klastra proteínu póru. Tieto póry môžu byť otvorené alebo uzavreté v odpovedi na chemický alebo elektrický signál. V tomto prípade môže dôjsť k je počet procesov, napríklad spojené s prudký pokles krvnej mozgovú bariéru a odolnosť, čo vedie k vstupu do nervových buniek polyvalentných iónov Al³⁺ alebo Mn²⁺. Následne sa zdá, poruchy neurochemické reakcií v mozgu a končí nervových chorôb.

Naproti tomu, kanálových proteínov, transportéry zapojené do dopravného cyklu, prechádzajú konformační zmenu. Avšak, ich otáčanie v membráne, tak, že väzobné miesto látky prepravovaný bude najprv venovaná jednej a potom na druhej strane membrány. Aktívne vektory prenos hmoty zhodovať s prenosom elektrónov, hydrolýzou ATP alebo fosfoenolpyruvát, absorpciu svetla, alebo na prenos iónov spoje. Obvykle vektor sprostredkovaný prenos látok cez membránu dochádza na niekoľko rádov nižšia ako transport cez kanály.

sodíková pumpa (na⁺/ K⁺-komunikuje ATPázy)

Hlavnou úlohou tohto čerpadla - udržiavanie živý organizmus elektrolyt homeostázy. Je to nielen reguluje intracelulárnej sústredenie iónov, ale tiež vytvára elektrický potenciál Rozdiel na membráne. Toto čerpadlo je umiestnené na vnútornom plášťom mitochondriách. Výsledkom jeho pôsobenia je uvedený v tabuľke. 5. Výmena iónov prebieha proti silám electrodiffusion. V pokoji, Ma⁺/ K⁺-ATPázy používa tretinu ATP generovaného v tele.

Čerpadlo stimulovať vnútornej strane membrány iba ATP a na⁺, a zvonku - len K⁺. Ako sa teplota zvyšuje prietok na⁺ z buniek zvyšuje. Inhibovaná špecifický inhibítor čerpadlá - srdcové glykozidy "oubaynom" (= ouabaínu, strophanthin G) - iba na vonkajšej strane membrány. Všeobecne platí, že sodný čerpadlá zmenu bunky na⁺ na K⁺ životného prostredia. Rovnako ako ostatné iónových púmp, sodík Skladá sa z dvoch hlavných častí - enzým a iónový kanál.

Tento systém ATPázy patrí do skupiny transportných proteínov, a detekovaný v plazmatickej membráne všetko zvieracie bunky. Svojim charakterom sa jedná o glykoproteín, sa skladá zo 4 podjednotiek (2 veľké cytoplazmatické &alfa-₂, a 2 malé, orientované na vonkajšie bunky &beta-₂). Veľká podjednotka (120 kDa), sú zapojené do reakčného cyklu fosforylačního defosforylácii, zakaždým sa zmenou ich konformační stave. Aktívne centrum čerpadlo prikladá ATP na vnútorné rozhranie membrány a v prítomnosti na⁺ a mg²⁺ fosforylovaný štiepenie fosfátu z ATP. Výsledný ADP von do cytoplazmy a do aktívneho centra enzýmu a zarovnajte štiepené ortofosfátované ióny na⁺.

Vzhľadom k energetickej aktivácii ATP štiepenie enzýmu mení svoju orientáciu a tvar vnútri membrány a otáča sa v smere médiá. Z buniek 3 sú tlačené ion na⁺, a bunka prijíma dva ion K⁺ prostredníctvom centrálneho pór, ktorý je "otvorený" menšie čiastkové jednotky (55 kDa) tohto systému. Po iónovej výmeny reakcie na vonkajšej strane výmenného miesta membránový iónový enzýmu sa otáča do pôvodného stavu a štiepi ion 2 K⁺ a anorganický fosfát (P_n) Vnútri bunky. Cyklus potom opakuje.

Je dokázané, že na⁺/ K⁺-ATPázy zdieľať vysoko špecifické pre na⁺ a to nefunguje na akýkoľvek iný pri výmene týchto iónov. Zároveň enzýmu takmer neizbiratelen K⁺. Tento ion sa ľahko vymeniť, napríklad, rb⁺, sk⁺, NH₃⁺, hr⁺ a hr³⁺. To znamená, pretože fosfát sa štiepia ATP sa viaže na aktívne miesto, ATP generuje konfiguráciu stereospecifičnost aktívneho miesta sodíkové pumpy.

Pre nepravidelný iónov selektívne medzi bunky a médium vzniká elektrický potenciálový rozdiel na bunky alebo iné membrány. Membránový potenciál po celú dobu životnosti bunky zostáva takmer nezmenený (0,07 až 0,09 in). To znamená, že veľkosť membrány 5x10^-9 m vytvára silný elektrické pole so silou viac ako 100 tisíc. / cm. Čerpadlo neustále prináša z buniek pozitívnym nábojom (výmena -R3NA⁺ 2K⁺) Vytvorenie rozdielu elektrického potenciálu nondiffusion prírodu. Toto elektrické pole zachováva všetky bunky iónové pumpy.

Vonkajšie bunková membrána je zvyčajne nepriestupná pre K⁺. Porušenie tohto zníženia priepustnosti membrány svedčí koncentrácia K⁺ plná krv a zvýšenie v plazme. Zmena pomeru strán Na / K v krvi vo vzťahu k normálnej hodnotu (asi 1,5), je sprevádzané porušenie systému a elektrolytu homeostázy prejavuje kardiovaskulárnych a neurologických porúch, ako je arytmia, parestézia a paralýzu. V závislosti na konkrétnej tkanive, na ktoré pôsobia čerpadlá, sú uvedené a ďalšie špecifické poruchy. napríklad v nervové tkanivo v prípade, že silný budiace elektrogenního sodíkové pumpy a vytvoreného rozdielu potenciálov sa zabránilo ich priechodu axónov nervových buniek po impulzov skupiny. Ukazuje sa, že čerpadlo obmedzuje tok informácií pri súčasnom zachovaní stability prevádzkového kanála prenos nervových impulzov. Ako jeho smeru vektora (v jednom smere), spätné šírenie impulzu v dôsledku kontaktov charakteristiky zariadení medzi nervovými bunkami nemožné. Zdá sa, že táto vlastnosť môže byť vysvetlené rastúcim časom poškodenie nervového systému a mozgu nervových buniek zachytených v iónov ťažkých kovov (Al, Mn, Pb, Cu a kol.), Parkinsonovej choroby, Alzheimerovej, Wilson a ďalšie.

čerpadlo vápnik (Ca-ATPázy myosin)

Ca je jedným z najviac biologicky významných prvkov, podieľajúcich sa na metabolizme rôznych orgánov a tkanív zvierat, je veľmi rozmanitá. To môže byť pasívne absorbované bunky, prechádzajúcej cez membránu alebo koncentračného gradientu alebo elektrického poľa, alebo vymeniť za ióny sodíka. Avšak, niektoré funkcie v tele sú opatrené iba energeticky náročný prevod Ca²⁺, napríklad, kontrakcie svalových vlákien, kde Ca²⁺ pôsobí ako druhý posol.

Pre pochopenie čerpadla vápnika je potrebné stručne štruktúra svalového tkaniva a jeho mechanizmus kontrakcie. Proteíny pretiahnuté z jedného konca svalových vlákien do druhej, predstavujú dve kontrakčné vlákno - aktínu a myosin. So znížením svalu, ktoré prekĺznuť do seba, a uvoľnenie vracia do svojej pôvodnej polohy. Svalových vlákien membrána prestupoval prostredníctvom siete, tzv sarkoplasmatickým retikulum (CP). Kontraktilné prvok (inokomma) Pozostáva z radu actomyosin vlákien a CP, druhý vyzerá vnútri bunkovej membrány vlákien vpyachennaya obopína kontraktilné prvok.

V bunkách v pokoji myofibrily koncentrácia Ca²⁺ malá (menej ako 10 ⁵ M), pričom je výrazne vyššia v CP (10 ^3ja M). Vysoká koncentrácia je uvedený v CP Ca²⁺-ATPzáklady a je podporovaný špeciálny kyslý proteín kalsekvestrina (55 kDa). Akčný potenciál pochádzajúci z čelnej doska hybných neurónov plazmatické membrány depolarizuje skrz priečne kanály z T systému, ktoré sú rúrkové invagináciu bunkovej membrány a je tesne v kontakte s myofibril. V dôsledku toho, napätím riadený membránový proteín ("SR-foot") V tesnej blízkosti membrány SRZ otvorí Ca²⁺-kanály pre vypúšťanie Ca²⁺ priestor medzi aktínu a myosin vlákien na úroveň >10 ⁵ M. Toto spúšťa uvoľňovanie redukujúcich svalových vlákien (obr. 5).

Obr. 5. Schéma čerpadlá vápenatého

Mechanizmus tohto opisu spôsobu je nasledujúci: zlikvidovať Ca²⁺ spojená s C-podjednotky troponín, preskupiť jeho štruktúru. Troponin-myosin komplex prestávky a uvoľňuje molekula sa viaže aktínu s myozínu časťou, ktorá spúšťa cyklus zníženia. Po ňom hladina Ca²⁺ klesá s reverznej prenos aktívnej látky do CP, troponín C dáva Ca²⁺, komplexné troponín-tropomyosin aktínu molekula má na svojej pôvodnej polohy, blokujúce aktínu-myosin cyklus. Svalovej relaxácie nastane. V eukaryotických bunkách Ca²⁺ To môže komunikovať nielen s troponín C, ale aj s podobnými vlastnosťami kalmodulin a parvalbumin. Taký komplex priamo súvisí s Ca-čerpadlo.

Vzhľadom k tomu, vysoké koncentrácie Ca²⁺ v cytoplazme v dôsledku cytotoxického účinku iónu je nežiaduce, sa rýchlo znižuje v dôsledku mnohých veľmi aktívnym transportom Ca-TFCzáklady. Chemicky predstavujú proteolipidový. Odhaduje sa, že molekuly vápnika čerpadlo zaberajú tretina Povrch membrány svalového tkaniva. Hydrolýza jedného ATP molekuly je transportovaný do vačkov CP 2 iónových Ca²⁺. Rovnako ako v prípade sodíkové pumpy, kde aktívne miesto sa viaže na ATP a 2 Ca²⁺ membrána z cytosolu, potom sa otáča vnútri bubliny vysunie Ca²⁺ a ADP, a potom dostane štartovaciu pozíciu. Tak, svalová kontrakcia - je mechanická energia vynaložení práce poskytuje hydrolýzou ATP. Katalyzuje hydrolýzu ATP samotný myozínu, a v neprítomnosti Ca²⁺ ATP úpadok a zníženie myofibrily úplne zmizne. Pravdepodobné SHTF väzobné miesto a Ca²⁺ Na myozínových vzájomne konkurenčné.

Početné štúdie preukázali, že so zvýšeným obsahom Ca²⁺ vnútri bunky predchádza rozvoju programovanej bunkovej smrti (apoptóza). Často zníženie počtu Ca²⁺ To odkladá začiatok apoptózy. Na začiatku tohto procesu tiež ovplyvňuje obsah zn²⁺, činnosti smerujúce Ca²⁺ antagonisticky.

Vplyv týchto katiónov vplyv predovšetkým na bunkovej membrány meniť, prechádza apoptózu. sú aktivované dva typy enzýmov v priebehu apoptózy - endonukleáza, štiepiť DNA vo vnútorných častiach nukleosomů, a tkanivovej transglutaminázy, kovalentná väzbu proteínov na membránu tvárnením isopeptidové väzby. zn²⁺ bloky apoptózy mechanizmom potlačenie endonukleasou aktivitu. Okrem toho tieto katióny vplyv na antioxidačnú aktivitu systému reakciou s kovom koordináciu enzýmami systému, predovšetkým fe a B.

Počas evolúcie prechodu z vodného prostredia s vysokým obsahom Ca²⁺ na pozemné existencie bol vývoj konjugátu komplexného mechanizmu iónovej homeostázy, pretože je cytotoxický pre zabránenie náhlej zmeny koncentrácií Ca²⁺ v extracelulárnej tekutine. V tomto mechanizme, hlavnú úlohu hrá tri hormóny - prištítnych teliesok (PTH), kalcitriol (Vitamín E) a kalcitonín (CT). Mechanizmus homeostázy vápnika je veľmi účinná, a keď to nefunguje existuje celý rad patologických stavov, vrátane trvania života organizmu je výrazne znížená.

Spoločné pre vápnik a sodík čerpadla vlastnosť je vždy nesú kladné náboje asymetricky z buniek do extracelulárneho média, iba čerpadlo sodíka v tomto prostredí je vonkajšie prostredie, a na vápnik - špeciálnej priehradky (pľuzgiere CP) v bunke. Teda, vápnik je špecializovaný systém čerpadlo určené pre rýchlu reguláciu koncentrácie Ca²⁺ v kostrovom svale.

Medical bioneorganika. GK ovce