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Pompe Sodium-Potassium

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D'après ce que j'ai compris, dans la pompe sodium-potassium, nous avons Na+ à l'intérieur de la cellule et K+ à l'extérieur de la cellule, formant ainsi une "banane salée". Après avoir lu mon manuel, j'ai trouvé de nombreuses déclarations disant que "les ions potassium ont tendance à se diffuser hors de la cellule… les ions sodium ont tendance à s'écouler dans la cellule". J'ai d'abord pensé que lorsque le potentiel d'action atteint Na+ quitte la cellule et K+ entre dans la cellule, ce qui pour moi contredit l'affirmation précédente.

Quelqu'un peut-il clarifier cela et différencier les deux? J'essaie de comprendre le processus de potentiel d'action dans son ensemble.

Merci !


Votre confusion est causée par l'hypothèse que Na+ quitte toujours la cellule et K+ entre toujours. Puis un+/K+ la pompe est là pour maintenir le potentiel membranaire et le Na relatif+ et K+ concentrations d'ions stables à l'intérieur. Lorsqu'un potentiel d'action (PA) est généré, les canaux sodiques s'ouvrent et le sodium s'engouffre à l'intérieur pour dépolariser la cellule (1ère phase du PA). Ensuite, les canaux sodium se ferment et K+ commence à quitter la cellule (car l'intérieur de la cellule contient trop de charges positives et la cellule resterait dépolarisée si rien n'était changé). Les feuilles de potassium passent par les canaux de fuite. Donc en résumé, Na+/K+ pompe et les canaux qui font partie de la génération AP entraînent un mouvement différent de Na+ et K+ à travers la membrane cellulaire.

Voici une belle critique de Na+/K+ pompe et génération de potentiel d'action. https://www.khanacademy.org/science/biology/human-biology/neuron-nervous-system/v/sodium-potassium-pump


Na + /K + -ATPase

Na⁺/K⁺-ATPase (adénosine triphosphatase sodique-potassique, également appelée Pompe Na⁺/K⁺ ou pompe sodium-potassium) est une enzyme (une ATPase transmembranaire électrogénique) présente dans la membrane de toutes les cellules animales. Il remplit plusieurs fonctions dans la physiologie cellulaire.

L'enzyme Na⁺/K⁺-ATPase est active (c'est-à-dire qu'elle utilise l'énergie de l'ATP). Pour chaque molécule d'ATP utilisée par la pompe, trois ions sodium sont exportés et deux ions potassium sont importés, il y a donc une exportation nette d'une seule charge positive par cycle de pompe.

La pompe sodium-potassium a été découverte en 1957 par le scientifique danois Jens Christian Skou, qui a reçu un prix Nobel pour ses travaux en 1997. Sa découverte a marqué une étape importante dans la compréhension de la façon dont les ions entrent et sortent des cellules, et il a une importance particulière pour les cellules excitables telles que les cellules nerveuses, qui dépendent de cette pompe pour répondre aux stimuli et transmettre des impulsions.

Tous les mammifères ont quatre sous-types différents de pompes à sodium, ou isoformes. Chacun a des propriétés et des modèles d'expression tissulaire uniques. [1] Cette enzyme appartient à la famille des ATPases de type P.


Comment fonctionne la pompe sodium-potassium ?

La pompe sodium-potassium utilise le transport actif pour déplacer les molécules d'une concentration élevée à une concentration faible.

Explication:

La pompe sodium-potassium utilise le transport actif pour déplacer les molécules d'une concentration élevée à une concentration faible.

La pompe sodium-potassium déplace les ions sodium hors de la cellule et les ions potassium dans la cellule. Cette pompe est alimentée par l'ATP. Pour chaque ATP décomposé, 3 ions sodium sortent et 2 ions potassium entrent.

Plus en détail:
Les ions sodium se lient à la pompe et un groupe phosphate de l'ATP se fixe à la pompe, la faisant changer de forme. Dans cette nouvelle forme, la pompe libère les trois ions sodium et lie maintenant deux ions potassium. Une fois les ions potassium liés à la pompe, le groupe phosphate se détache. Cela amène la pompe à libérer les deux ions potassium dans le cytoplasme. La vidéo montre ce processus avec une animation et un texte.


Qu'est-ce que le transport actif ?

Certaines substances peuvent entrer ou sortir d'une cellule à travers la membrane plasmique sans aucune énergie requise car elles se déplacent d'une zone de concentration plus élevée vers une zone de concentration plus faible. Ce type de transport est appelé transport passif comme vous l'avez appris dans la dernière section. D'autres substances nécessitent de l'énergie pour traverser une membrane plasmique, souvent parce qu'elles se déplacent d'une zone de faible concentration vers une zone de concentration plus élevée. Ce type de transport est appelé transport actif. L'énergie pour le transport actif provient de la molécule porteuse d'énergie appelée ATP (adénosine triphosphate). Le transport actif peut également nécessiter des protéines de transport, telles que des protéines porteuses, qui sont incorporées dans la membrane plasmique. Deux types de transport actif sont le transport par pompe et par vésicule.

Deux mécanismes de pompe (transports actifs primaires et secondaires) existent pour le transport de matériaux de faible poids moléculaire et de macromolécules. Les transport actif primaire déplace les ions à travers une membrane et crée une différence de charge à travers cette membrane. Le système de transport actif primaire utilise l'ATP pour déplacer une substance, telle qu'un ion, dans la cellule, et souvent en même temps, une deuxième substance est déplacée hors de la cellule. Les pompe sodium-potassium est un mécanisme de transport actif qui déplace les ions sodium hors de la cellule et les ions potassium dans les cellules et dans tous les milliards de cellules du corps ! Les deux ions sont déplacés des zones de concentration inférieure à supérieure, donc de l'énergie est nécessaire pour ce processus "en montée". L'énergie est fournie par l'ATP. La pompe sodium-potassium nécessite également des protéines porteuses. Les protéines porteuses se lient à des ions ou des molécules spécifiques et, ce faisant, elles changent de forme. Lorsque les protéines porteuses changent de forme, elles transportent les ions ou les molécules à travers la membrane. La figure (PageIndex<2>) montre plus en détail le fonctionnement de la pompe sodium-potassium et les rôles spécifiques joués par les protéines porteuses dans ce processus.

Figure (PageIndex<2>) : La pompe sodium-potassium. La pompe sodium-potassium déplace les ions sodium (Na(^<+>)) hors de la cellule et les ions potassium (K(^<+>)) dans la cellule. Premièrement, trois ions sodium se lient à une protéine porteuse dans la membrane cellulaire. Ensuite, la protéine porteuse reçoit un groupe phosphate de l'ATP. Lorsque l'ATP perd un groupe phosphate, de l'énergie est libérée. La protéine porteuse change de forme et, ce faisant, elle pompe les trois ions sodium hors de la cellule. À ce stade, deux ions potassium se lient à la protéine porteuse. Le processus est inversé et les ions potassium sont pompés dans la cellule.

Pour apprécier l'importance de la pompe sodium-potassium, il faut en savoir plus sur les rôles du sodium et du potassium dans l'organisme. Les deux sont des minéraux alimentaires essentiels, ce qui signifie que vous devez les obtenir dans les aliments que vous mangez. Le sodium et le potassium sont également des électrolytes, ce qui signifie qu'ils se dissocient en ions (particules chargées) en solution, ce qui leur permet de conduire l'électricité. Les fonctions corporelles normales nécessitent une gamme très étroite de concentrations d'ions sodium et potassium dans les fluides corporels, à la fois à l'intérieur et à l'extérieur des cellules.

  • Le sodium est l'ion principal dans le fluide à l'extérieur des cellules. Les concentrations normales de sodium sont environ 10 fois plus élevées à l'extérieur qu'à l'intérieur des cellules.
  • Le potassium est l'ion principal dans le liquide à l'intérieur des cellules. Les concentrations normales de potassium sont environ 30 fois plus élevées à l'intérieur qu'à l'extérieur des cellules.

Ces différences de concentration créent un gradient électrique à travers la membrane cellulaire, appelé potentiel membranaire. les transport actif secondaire décrit le mouvement de la matière en utilisant l'énergie du gradient électrochimique établi par le transport actif primaire. En utilisant l'énergie du gradient électrochimique créé par le système de transport actif primaire, d'autres substances telles que les acides aminés et le glucose peuvent être introduites dans la cellule par les canaux membranaires. L'ATP lui-même est formé par le transport actif secondaire en utilisant un gradient d'ions hydrogène dans la mitochondrie. Un contrôle étroit du potentiel membranaire est essentiel pour les fonctions vitales du corps, y compris la transmission de l'influx nerveux et la contraction des muscles. Un grand pourcentage de l'énergie du corps sert à maintenir ce potentiel à travers les membranes de ses milliards de cellules grâce à la pompe sodium-potassium.

Transport de vésicules

Certaines molécules, telles que les protéines, sont trop grosses pour traverser la membrane plasmique, quelle que soit leur concentration à l'intérieur et à l'extérieur de la cellule. De très grosses molécules traversent la membrane plasmique avec une autre sorte d'aide, appelée transport de vésicules. Le transport des vésicules nécessite de l'énergie, c'est donc aussi une forme de transport actif. Il existe deux types de transport vésiculaire : l'endocytose et l'exocytose.

Endocytose

Endocytose est un type de transport vésiculaire qui déplace une substance dans la cellule. La membrane plasmique engloutit complètement la substance, une vésicule se détache de la membrane et la vésicule transporte la substance dans la cellule. Il est utilisé par toutes les cellules du corps car la plupart des substances importantes pour elles sont polaires et constituées de grosses molécules, et ne peuvent donc pas traverser la membrane plasmique hydrophobe. Lorsqu'une cellule entière ou une autre particule solide est engloutie, le processus est appelé phagocytose. Lorsque le fluide est englouti, le processus est appelé pinocytose. Lorsque le contenu est absorbé spécifiquement à l'aide de récepteurs sur la membrane plasmique, il est appelé l'endocytose médiée par le récepteur.

Figure (PageIndex<3>) : (À droite) La phagocytose se produit lorsque la membrane plasmique s'enroule autour d'une particule solide à l'extérieur de la cellule à l'aide de projections appelées pseudopodes. La membrane se pince alors pour former un phagosome (vacuole alimentaire). (au milieu) La pinocytose se produit lorsque la membrane se replie pour former une vésicule qui transporte des substances dissoutes dans le liquide extracellulaire. (À gauche) L'endocytose médiée par les récepteurs se produit lorsque les récepteurs de la membrane plasmique se lient à des particules spécifiques. La région de creux revêtue de la membrane forme une vésicule revêtue contenant les récepteurs avec leurs particules liées.

Une variation ciblée de l'endocytose utilise des protéines de liaison dans la membrane plasmique qui sont spécifiques de certaines substances. Les particules se lient aux protéines et la membrane plasmique s'invagine, amenant la substance et les protéines dans la cellule. Si le passage à travers la membrane de la cible de l'endocytose médiée par le récepteur est inefficace, il ne sera pas éliminé des fluides tissulaires ou du sang. Au lieu de cela, il restera dans ces fluides et augmentera en concentration. Certaines maladies humaines sont causées par une défaillance de l'endocytose médiée par les récepteurs. Par exemple, la forme de cholestérol appelée lipoprotéine de basse densité ou LDL (également appelée « cholestérol ») est éliminée du sang par endocytose médiée par des récepteurs. Dans l'hypercholestérolémie familiale, une maladie génétique humaine, les récepteurs LDL sont défectueux ou totalement absents. Les personnes atteintes de cette maladie ont des taux de cholestérol potentiellement mortels dans le sang, car leurs cellules ne peuvent pas éliminer le produit chimique de leur sang.

Exocytose

Exocytose est un type de transport de vésicules qui déplace une substance hors de la cellule. Une vésicule contenant la substance se déplace à travers le cytoplasme jusqu'à la membrane cellulaire. Ensuite, la membrane vésiculaire fusionne avec la membrane cellulaire et la substance est libérée à l'extérieur de la cellule.

Figure (PageIndex<4>) : L'exocytose ressemble beaucoup à l'endocytose inversée. Le matériel destiné à l'exportation est conditionné dans une vésicule à l'intérieur de la cellule. La membrane de la vésicule fusionne avec la membrane cellulaire et le contenu est libéré dans l'espace extracellulaire.


Modulation de la Na,K-ATPase par les ions magnésium

Depuis le début des recherches sur la Na,K-ATPase, il est bien connu que le Mg 2+ est un cofacteur essentiel pour l'activation de l'hydrolyse enzymatique de l'ATP sans être transporté à travers la membrane cellulaire. De plus, des preuves expérimentales ont été recueillies au fil des ans qui montrent que les ions Mg 2+ ont un effet régulateur sur le transport des ions en interagissant avec le côté cytoplasmique de la pompe à ions. Nos expériences nous ont permis de révéler le mécanisme sous-jacent. Mg 2+ est capable de se lier à un site en dehors du domaine membranaire de la sous-unité α de la protéine, proche de l'entrée du canal d'accès aux sites de liaison des ions, modifiant ainsi la concentration locale des ions dans l'électrolyte, dont Na + , K + et H + présentent un intérêt physiologique. La diminution de la concentration de ces cations peut être expliquée par l'interaction électrostatique et estimée par la théorie de Debye-Hückel. Cet effet provoque la réduction apparente observée de l'affinité de liaison des sites de liaison de la Na,K-ATPase en présence de différentes concentrations de Mg 2+. La présence du Mg 2+ lié, cependant, n'affecte pas la cinétique de réaction de la fonction de transport de la pompe ionique. Par conséquent, des expériences à flux interrompu pourraient être effectuées pour obtenir un premier aperçu de la cinétique de liaison du Na + du côté cytoplasmique par des expériences de saut de concentration en Mg 2 +.


Fonctions de la pompe sodium-potassium :

La pompe sodium-potassium est une protéine membranaire cellulaire essentielle qui fonctionne en pompant trois ions sodium et en prélevant. Dans deux ions potassium. Ce mécanisme préserve le gradient électrochimique formé à partir des concentrations variables d'ions sodium et potassium à l'intérieur et à l'extérieur de la cellule.

La pompe sodium-potassium, également appelée Na, K-ATPase, est responsable du transport actif. Cette procédure nécessite de l'énergie pour transférer les ions sodium et potassium dans et hors des matériaux cellulaires. L'adénosine triphosphate, ou ATP, est la molécule de transport de haute énergie qui peut être la principale approche pour obtenir cette énergie requise. Chaque fois que l'ATP subit une hydrolyse, l'énergie distribuée à partir de ses liaisons modifie la forme et la composition de la pompe sodium-potassium. Laisser la pompe continuer avec les ions sodium et potassium à travers les membranes cellulaires.


Apprenez tous les points sur la pompe sodium-potassium (Na + K + ATPase) et le concept sur le potentiel membranaire au repos avec détails

Trois particules de sodium provenant de l'intérieur de la cellule se lient d'abord à la protéine véhicule. À ce stade, un bouquet de phosphate est déplacé de l'ATP vers la protéine véhicule, ce qui lui fait changer de forme et libère les particules de sodium à l'extérieur de la cellule. Deux particules de potassium provenant de l'extérieur de la cellule se lient à la protéine véhicule et à mesure que le phosphate est retiré, la protéine attend sa forme unique et délivre les particules de potassium à l'intérieur de la cellule.

Si le siphon devait se dérouler sans contrôle, il ne resterait plus de particules de sodium ou de potassium à siphonner, mais il existe également des dérivations de particules de sodium et de potassium dans la couche. Ces canaux sont régulièrement fermés, mais dans tous les cas, lorsqu'ils sont fermés, ils se répandent, permettant aux particules de sodium de se répandre et aux particules de potassium de se répandre, selon leurs inclinaisons de fixation individuelles.

Centralisation des particules à l'intérieur et à l'extérieur du neurone :

Concentration d'ions à l'intérieur de la cellule/mmol dm-3 Concentration à l'extérieur de la cellule/mmol dm-3 Pourquoi les particules ne descendent-elles pas leur pente de fixation ?

K+ 150,0 2,5 Les particules K+ ne sortent pas du neurone vers le bas de leur angle de focalisation en raison d'un développement de charges positives à l'extérieur de la couche. Cela repousse le développement de plus de particules K+ hors de la cellule.

Les particules de chlorure ne pénètrent pas dans le cytoplasme car les atomes de protéines chargés négativement qui ne peuvent pas traverser la couche de surface les repoussent.

Le mélange du siphon Na+K+ATPase et des canaux de trous provoque une gêne constante des particules Na+ et K+ sur le film. Cette maladresse des particules provoque une distinction (ou tension) attendue entre l'intérieur du névrome et ses facteurs environnementaux, appelé potentiel de la couche de repos. Le potentiel du film est constamment négatif à l'intérieur de la cellule et sa taille passe de – 20 à – 200 mV (milivolt) dans diverses cellules et espèces (chez l'homme, elle est de – 70 mV).

On pense que la Na + K + ATPase s'est développée en tant qu'osmorégulateur pour maintenir l'eau à l'intérieur à un niveau élevé, empêchant ainsi l'eau de pénétrer dans les cellules des créatures et de les faire exploser. Les cellules végétales n'ont pas besoin de s'en soucier car elles ont des diviseurs de cellules solides pour empêcher le dynamitage.


Explication de la pompe sodium-potassium

En ce moment même, il existe un réseau diversifié d'influx nerveux qui traverse l'anatomie humaine. Cependant, aucun de ces mouvements complexes n'est possible sans l'aide de la pompe sodium-potassium car elle est spécifiquement conçue pour transporter les protéines qui se trouvent dans les membranes cellulaires. Les membranes cellulaires sont des barrières externes semi-perméables de la majorité des cellules à l'intérieur du corps.

Fonction

La fonction principale de la pompe sodium-potassium est de propulser les ions potassium à l'intérieur de la cellule et, en même temps, d'extraire les ions sodium de la cellule. En raison de cette complexité, la pompe sodium-potassium est considérée comme l'un des processus les plus critiques à l'intérieur du corps, car sans elle, les signaux électriques ne seront pas possibles et les cellules finiront par se détériorer.

La pompe sodium-potassium est notable dans les cellules nerveuses, dans les reins, et joue également un rôle important dans les contractions cardiaques et la pression artérielle. Il faut remercier la pompe sodium-potassium pour un rythme cardiaque régulier.


Dépolarisation dans les muscles cardiaques

Comme les muscles squelettiques et lisses, la dépolarisation des muscles cardiaques est également couplée à leur contraction. Ces muscles sont excités par le potentiel d'action circulant dans le système conducteur du cœur.

Les muscles cardiaques sont connectés les uns aux autres ainsi qu'aux cellules du système conducteur du cœur via des jonctions communicantes. Ces jonctions communicantes servent de synapses électriques permettant aux ions de circuler facilement entre les cellules.

Lorsque ces muscles sont excités, les canaux sodiques sont ouverts. L'afflux d'ions sodium dans les cellules provoque un pic de dépolarisation dans ces muscles. Une fois le pic terminé, les canaux potassiques sont ouverts. Entre-temps, les canaux calciques s'ouvrent également, entraînant la phase de plateau de dépolarisation. Cette phase est terminée lorsque les canaux calciques se ferment.

Ainsi, dans le cas du muscle cardiaque, la dépolarisation est provoquée par l'afflux de sodium ainsi que d'ions calcium. Les ions calcium circulant dans la cellule pendant la phase de plateau sont nécessaires au processus de contraction. De plus, la dépolarisation de la cellule libère également des ions calcium du réticulum sarcoplasmique. Ces ions calcium sont également nécessaires à la contraction des muscles cardiaques.


Résumé de la section

Le gradient combiné qui affecte un ion comprend son gradient de concentration et son gradient électrique. Un ion positif, par exemple, peut avoir tendance à diffuser dans une nouvelle zone, en descendant son gradient de concentration, mais s'il diffuse dans une zone de charge positive nette, sa diffusion sera entravée par son gradient électrique. Lorsqu'il s'agit d'ions dans des solutions aqueuses, une combinaison des gradients électrochimiques et de concentration, plutôt que le seul gradient de concentration, doit être envisagée. Les cellules vivantes ont besoin de certaines substances qui existent à l'intérieur de la cellule à des concentrations supérieures à celles existant dans l'espace extracellulaire. Le déplacement des substances vers le haut de leurs gradients électrochimiques nécessite de l'énergie de la cellule. Le transport actif utilise l'énergie stockée dans l'ATP pour alimenter ce transport. Le transport actif de matériaux de petite taille moléculaire utilise des protéines intégrales dans la membrane cellulaire pour déplacer les matériaux : ces protéines sont analogues aux pompes. Certaines pompes, qui assurent le transport actif primaire, se couplent directement à l'ATP pour piloter leur action. Dans le co-transport (ou transport actif secondaire), l'énergie du transport primaire peut être utilisée pour déplacer une autre substance dans la cellule et remonter son gradient de concentration.



Commentaires:

  1. Ponce

    Je m'excuse, je voulais aussi exprimer mon opinion.

  2. Wendlesora

    Je confirme. Je suis d'accord avec tous les ci-dessus.

  3. Pierson

    Vous n'êtes pas correcte. Entrez nous discuterons. Écrivez-moi en MP.

  4. Link

    J'ai envoyé le premier message, mais il n'a pas été publié. J'écris le deuxième. C'est moi, un touriste des pays africains



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