مضخه الصوديوم والبوتاسيوم

مضخة الصوديوم والبوتاسيوم

26-02-2008 08:44 AM

--------------------------------------------------------------------------------




صوديوم / بوتاسيوم أيتيبيئيز Na+/ K+ - ATPase
يعد هذا الأنزيم جزء أساسي في تكوين الأغشية البلازمية وينظم حركة أيونات الصوديوم والبوتاسيوم بين الخلية ومحيطها، وهو ما يطلق عليه علماء الفسيولوجيا مضخة الصوديوم Na+-pump (ذكر الأنزيم أو المضخة في هذه المقالة تعني شيء واحد)، ويحافظ على تركيز محدد منهما بحيث يكون تركيز الصوديوم في خارج الخلية أعلى منه في الداخل (Na+ outside = 150 mmol; Na+ inside = 10 mmol) والعكس بالنسبة للبوتاسيوم
(K+ inside = 120-160 mmol; K+ outside = 4 mmol) ، وهذا يؤدي في حالة الراحة إلى بقاء غشاء الخلية مستقطب Polarized (يحمل شحنات موجبة على السطح الخارجي وأخرى سالبة على السطح الداخلي] -70 إلى –90مليفولت [) وتدعى هذه الظاهرة التحدر الكيموكهربي Electrochemical gradient. يعمل الأنزيم عند نشاطه على إخراج 3 أيونات صوديوم وإدخال 2 أيون بوتاسيوم، وتستخدم الطاقة الناتجة من تحلل جزيء واحد من الـ ATP لإنجاز ذلك، وتقدر الدراسات أن 25 % من الـ ATP تصرف على مضخة الصوديوم أثناء الراحة في الإنسان بينما في الأعصاب تصل الكمية إلى 70 %.
إضافة إلى دور الـ Na+/ K+ - ATPase في استقطاب أغشية الخلايا وتوازن الأيونات فهو أساسي في المحافظة على حجم الخلية وحركة السوائل وامتصاص الماء في المعدة والأمعاء والكلية، وإمداد الخلية باحتياجاتها من الجلوكوز والأحماض الأمينية، ويلعب الدور الأساسي في نقل الإستحثاثات العصبية ويساهم في استهلال التقلصات العضلية وطرح الخلايا لإفرازاتها.
تقدر وحدات الـ Na+/ K+ - ATPase في غشاء الخلية الواحدة، التي يبلغ قطرها حوالي 0.2 ميكروميتر، ما بين 80 ألف إلى 30 مليون وحدة وذلك حسب نوع الخلية وأهمية التوازن الأيوني في نشاطاتها الفسيولوجية، وقد تكون الوحدات موزعة بانتظام أو على هيئة عنقودية.
يتألف جزيء الأنزيم من وحدات هما:
1) وحدة الفا Alpha unit (~100 KD)وتعد الوحدة الفاعلة حيث يرتبط بها الـ ATP وأيونات الصوديوم والبوتاسيوم وموضع الفسفرة Phosphorylation site.
2) وحدة بيتا Beta unit (~55 KD) وهي معقد من الجليكوبروتين Glycoprtein وضرورية لنشاط الأنزيم وإزالتها يفقد الأنزيم نشاطه حيث يعتقد أنها تسهل تموضع الوحدة الكبير (الفا) في الغشاء.
3) وحدة جاما Gama unit (~10 KD) غير معرف دورها.
دراسة التركيب الفراغي للأنزيم وتتابع الأحماض الأمينية فيه تقترح أنه يعبر الغشاء من الخارج إلى الداخل حوالي 8 – 10 لفات، ويوجد ثلاث مشابهات Isozymes(Isoform) للوحدات (الأولى [Atp la1, Atp la2 and Atp la3] والثانية [Atp lb1, Atp lb2 and Atplb3]) ومشابه واحد للوحدة الثالثة، والاختلاف بين المتشابهات للوحدتين الأولى والثانية يتمثل في عديد الببتيد التي يرمز لها بـ la1, la2 and la3 و lb1, lb2 and lb3 (وحدة من عديد الببتيد أو 2 أو 3) مشابهة لوحدتي الفا وبيتا، على التوالي، ولكن الدور الفسيولوجي للمشابهات لم يتم حسمه بعد.
وبغض النظر عن مصدره اتضح أنه يتأثر بالعوامل التالية (شكل 4):
1) يحتاج وجود أيونات الصوديوم والبوتاسيوم والمغنيسيوم ومركب الطاقة (ATP) .
2) يستحث بأيونات الصوديوم من الداخل والبوتاسيوم من الخارج بالنسبة لغشاء الخلية.
3) يتأثر بدرجة الحرارة والأس الهيدروجيني (pH).
4) فيما عدا بعض الاستثناءات وخاصة تلك الأنزيمات المستخلصة من بعض الحشرات، التي تتغذى على النباتات السامة المحتوية عصاراتها على الجليكوسيدات القلبية Cardiac glycosides، يثبط نشاط الأنزيم الليثيوم والفانيديوم والكثير من المبيدات الحشرية وبعض المركبات الكيميائية تؤثر على نشاطه.
5) تلعب العديد من الهرمونات وخاصة هرمونات الثيرويد Thyroids hormones والـ Aldosterone والـ Catecholamines( Dopamine and Epinephrine) والأنسولين Insulin دور هام وحيوي في تنظيم نشاط مضخة الصوديوم والسيطرة على التوازن الأيوني في سوائل الجسم.
6) تواجد الأنزيم بصورة غير طبيعية في الأغشية البلازمية يؤدي إلى اختلال في وظيفة العضو، ويتمثل ذلك في بعض أمرض القلب والضغط Hypertension والفشل الكلوي.
ميكانيكية النقل:
تتم عملية نقل الصوديوم والبوتاسيوم حسب الميكانيكية التالية:
– يرتبط الأنزيم بـ ATP وثلاثة أيونات صوديوم من الجهة الداخلية للغشاء البلازمي.
– يتحلل بـ ATP ، ويؤدي هذا إلى فسفرة الجزء المتخصص (وحدة الفا) من الأنزيم Phosphorylation حيث ينطلق الـ ADP وتبقى مجموعة الفوسفات (Pi) مرتبطة.
– يحدث تغير في التركيب الفراغي للأنزيم، ويؤدي هذا التغير إلى نقل أيونات الصوديوم من الجزء الداخلي للغشاء المواجه السيتوبلازم إلى الجهة الخارجية من الغشاء.
– يرتبط الإنزيم في نفس الوقت بأيونين من البوتاسيوم من الخارج ويصحبها نزع مجموعة الفوسفات المرتبطة بالأنزيم Dephosphorylation.
– يرتبط جزيء جديد من بـ ATP من الداخل ويعود الأنزيم إلى وضعه السابق، ويؤدي ذلك إلى نقل أيونات البوتاسيوم من الخارج إلى السيتوبلازم، وتعود الدورة مرة أخرى.
يجب أن نتذكر أن وحدات الأنزيم في غشاء الخلية عالي جداً (80 ألف إلى 30 مليون وحدة)، وهذا يشير إلى حدوث تغير فجائي وبكمية كبيرة لأيونات الصوديوم والبوتاسيوم بين سيتوبلازم الخلية والسوائل المحيطة بها، وهذا التغير يؤدي إلى تغير في الاسموزية وبالتالي امتصاص أو إفراز الماء وتوجيه النشاط الفسيولوجي للخلية الواحدة والنسيج عامة حسب الظروف التي تتطلبها حياة الكائن. صدق الله العظيم القائل في محكم التنزيل :" هل أتى على الإنسان حينٌ من الدهر لم يكن شيئاً مذكورا ** إنا خلقنا الإنسان من نطفةٍ أمشاج نبتليه فجعلناه سميعاً بصيراً " ** ( سورة الإنسان الآيات 1 و 2 ).