2.16: natrium-kalium-pumppu
natrium-kalium – pumppu
aktiivinen kuljetus on energiaa vaativa prosessi, jossa molekyylejä ja ioneja pumpataan kalvojen yli ”ylämäkeen” – konsentraatiogradienttia vastaan. Näiden molekyylien liikuttamiseksi pitoisuusgradienttia vastaan tarvitaan kantajaproteiinia. Kantajaproteiinit voivat toimia konsentraatiogradientin kanssa (passiivisen kuljetuksen aikana), mutta jotkut kantajaproteiinit voivat liikkua liuenneita pitoisuusgradienttia vastaan (alhaisesta pitoisuudesta korkeaan pitoisuuteen) energian avulla. Aktiivisessa kuljetuksessa näitä proteiineja kutsutaan pumpuiksi, koska kantajaproteiineja käytetään liikuttamaan materiaaleja niiden pitoisuusgradienttia vastaan. Kuten muissakin solutoiminnoissa, ATP toimittaa energiaa aktiivisimpaan kuljetukseen. Yksi tapa, jolla ATP voimistaa aktiivista kuljetusta, on siirtää fosfaattiryhmä suoraan kantajaproteiiniin. Tämä voi saada kantajaproteiinin muuttamaan muotoaan, jolloin molekyyli tai ioni siirtyy kalvon toiselle puolelle. Esimerkki tällaisesta aktiivisesta kuljetusjärjestelmästä, kuten alla olevasta kuvasta näkyy, on natrium-kalium-pumppu, joka vaihtaa natriumioneja kaliumioneiksi eläinsolujen plasmakalvon poikki.
natrium-kalium-pumppujärjestelmä liikuttaa natrium-ja kaliumioneja suuria pitoisuusgradientteja vastaan. Se siirtää kaksi kaliumionia soluun, jossa kaliumpitoisuus on korkea, ja pumppaa kolme natriumionia ulos solusta solunulkoiseen nesteeseen.
kuten yllä olevassa kuvassa näkyy, kolme natriumionia sitoutuu solun sisällä olevaan proteiinipumppuun. Kantajaproteiini saa sitten energiaa ATP: stä ja muuttaa muotoaan. Tällöin se pumppaa kolme natriumionia ulos solusta. Tällöin kaksi solun ulkopuolelta tulevaa kaliumionia sitoutuu proteiinipumppuun. Kaliumionit kulkeutuvat sitten soluun, ja prosessi toistuu. Natrium-kalium-pumppu löytyy lähes jokaisen ihmissolun plasmakalvosta ja on yhteinen kaikelle soluelämälle. Se auttaa ylläpitämään solujen potentiaalia ja säätelee solujen tilavuutta.
natrium-kalium-pumpusta on saatavilla tarkempi kuvaus kohteissa http://www.youtube.com/watch?v=C_H-ONQFjpQ (13:53) ja http://www.youtube.com/watch?v=ye3rTjLCvAU (6:48).
sähkökemiallinen gradientti
ionien aktiivinen kuljetus kalvon yli aiheuttaa sähköisen gradientin muodostumisen plasmakalvon poikki. Positiivisesti varautuneiden ionien määrä solun ulkopuolella on suurempi kuin positiivisesti varautuneiden ionien määrä sytosolissa. Tämä johtaa suhteellisen negatiiviseen varaukseen kalvon sisäpuolella ja positiiviseen varaukseen ulkopuolella. Tämä varausten ero aiheuttaa jännitteen kalvon poikki. Jännite on sähköistä potentiaalienergiaa, joka aiheutuu vastakkaisten varausten, tässä tapauksessa kalvon poikki tapahtuvasta erosta. Kalvon poikki kulkevaa jännitettä kutsutaan kalvopotentiaaliksi. Kalvopotentiaali on erittäin tärkeä sähköimpulssien johtumiselle hermosoluja pitkin.
koska solun sisäpuoli on negatiivinen verrattuna solun ulkopuolelle, kalvopotentiaali suosii positiivisesti varautuneiden ionien (kationien) liikettä soluun ja negatiivisten ionien (anionien) liikettä solusta ulos. On siis olemassa kaksi voimaa, jotka ajavat ionien diffuusiota plasmakalvon yli—kemiallinen voima (ionien konsentraatiogradientti) ja sähköinen voima (kalvon potentiaalin vaikutus ionien liikkeeseen). Näitä kahta yhdessä toimivaa voimaa kutsutaan sähkökemialliseksi gradientiksi, ja niitä käsitellään yksityiskohtaisesti ”hermosolut” ja ”hermoimpulssit” – käsitteissä.