ما هي مضخة صوديوم-بوتاسيوم؟
مضخة الصوديوم والبوتاسيوم في علم وظائف الأعضاء الخلوية وهو بروتين تم التعرف عليه في العديد من الخلايا الذي يحافظ على التركيز الداخلي لأيونات البوتاسيوم أعلى من ذلك الموجود في الوسط المحيط (الدم، سوائل الجسم، الماء) ويحافظ على التركيز الداخلي من أيونات الصوديوم (Na +) أقل من الوسط المحيط.
تعبر المضخة التي لها نشاط أدينوزين ثلاثي الفوسفاتيز (ATPase)، غشاء الخلية ويتم تنشيطها بواسطة خارجي (K +) وداخلي (Na +)، ويستخدم هذا الإنزيم الطاقة الأيضية لنقل أي ضخ (Na +) إلى الخارج و(K +) إلى الداخل، وتعتمد إمكانات الراحة للخلايا والظواهر الكهروضوئية ذات الصلة مثل جهد الفعل على اختلاف الحالة المستقرة في تركيزات (Na +) و(K +) التي تحتفظ بها المضخة، كما تم تحديد مضخات أيونية أخرى تنقل أيونات مختلفة.
عمل مضخة الصوديوم والبوتاسيوم:
تحتوي خلايا الدم الحمراء البشرية على تركيز عالٍ من البوتاسيوم وتركيز منخفض من الصوديوم، ومع ذلك فإن البلازما التي تغمر الخلايا بها نسبة عالية من الصوديوم ومنخفضة في البوتاسيوم، وعندما يتم تخزين الدم كله باردًا في ظل ظروف معملية تفقد الخلايا البوتاسيوم وتكتسب الصوديوم حتى تكون التركيزات عبر الغشاء لكلا الأيونات في حالة اتزان.
عندما تعود الخلايا إلى درجة حرارة الجسم وتزويدها بالتغذية المناسبة فإنها تفرز الصوديوم وتتناول البوتاسيوم وتنقل كلا الأيونات مقابل التدرجات الخاصة بهما حتى الوصول إلى التركيزات العالية السابقة، حيث يرتبط ضخ الأيونات مباشرة بالتحلل المائي لثلاثي فوسفات الأدينوزين (ATP) وهو مستودع الخلية للطاقة الأيضية لكل جزيء انقسام (ATP)، ويتم ضخ ثلاثة أيونات من الصوديوم خارج الخلية ويتم ضخ اثنين من البوتاسيوم فيها.
تبين أن إنزيم يسمى (ATPase) المنشط بالصوديوم والبوتاسيوم هو مضخة الصوديوم والبوتاسيوم وهو البروتين الذي ينقل الأيونات عبر غشاء الخلية أثناء تقسيم (ATP)، إذ يتم توزيع (ATPase) على نطاق واسع في المملكة الحيوانية ويرتبط دائمًا بغشاء الخلية بتركيز عالٍ في الخلايا التي تضخ كميات كبيرة من الصوديوم (على سبيل المثال في الكلى الثدييات، في غدد إفراز الملح في الطيور البحرية وفي الأعضاء الكهربائية من ثعابين البحر).
يوجد الإنزيم وهو بروتين جوهري في شكلين رئيسيين يتم تحويلهما عن طريق انقسام (ATP) أو عن طريق التغيرات في تدفقات الغشاء من الصوديوم والبوتاسيوم، وعندما يوجد الصوديوم فقط في الخلية ينفصل الفوسفات غير العضوي من (ATP) أثناء التحلل المائي إلى الإنزيم.
يتم تحفيز إطلاق الفوسفات المرتبط كيميائياً من الإنزيم بواسطة البوتاسيوم وبالتالي، فقد ثبت أن الإجراء الكامل لتقسيم (ATP) يتطلب كلاً من الصوديوم لتحفيز نقل الفوسفات إلى الإنزيم والبوتاسيوم لتحفيز إطلاق الفوسفات وتحرير الإنزيم لدورة أخرى من تقسيم (ATP)، وعلى ما يبدو فقط بعد أن يحفز الصوديوم نقل الفوسفات إلى الإنزيم يمكن نقله من الخلية، وبالمثل فقط بعد أن يطلق البوتاسيوم الفوسفات من الإنزيم يمكن نقله إلى الخلية.
يتضمن هذا التفاعل الكلي الذي يكمل دورة التغييرات التوافقية في الإنزيم اقترانًا صارمًا لتقسيم (ATP) مع ضخ الصوديوم والبوتاسيوم، وهذا الاقتران هو الذي يخلق النقل الأساسي النشط، حيث تقوم مضخة الصوديوم والبوتاسيوم ببثق صافي شحنة موجبة واحدة خلال كل دورة تقسيم (ATP)، كما يستحق تدفق التيار هذا جهدًا كهربائيًا عبر الغشاء يضيف إلى الإمكانات الناتجة عن انتشار الأيونات عبر القنوات ذات البوابات وتعتبر مساهمة المضخة في الإمكانات الكلية مهمة في بعض الخلايا العصبية المتخصصة.
مضخات الكالسيوم:
يمكن للعديد من الخلايا الحيوانية إجراء عملية نقل أولية نشطة للكالسيوم خارج الخلية، مما يؤدي إلى تطوير تدرج هذا الأيون بمقدار 10000 ضعف، إذ تم عزل (ATPase) المنشطة بالكالسيوم وتبين أنها بروتينات داخلية متداخلة على الغشاء وتخضع لتغيرات توافقية مماثلة لتلك الموجودة في (ATPase) المنشط بالصوديوم والبوتاسيوم، وعندما ينتج ارتفاع في تركيز الكالسيوم الخلوي عن فتح قنوات انتقائية للكالسيوم، فإن مضخات الكالسيوم الموجودة في الغشاء تستعيد التركيز المنخفض.
مضخات أيونات الهيدروجين:
يتم إنتاج حمض الهيدروكلوريك في المعدة عن طريق النقل النشط لأيونات الهيدروجين من الدم عبر بطانة المعدة أو الغشاء المخاطي في المعدة، حيث يمكن تحقيق تدرجات تركيز الهيدروجين التي تقارب المليون عن طريق البروتين الجوهري المنشط للهيدروجين والبوتاسيوم في الخلايا المبطنة للمعدة بصرف النظر عن متطلباته الخاصة من الأيونات، فإن خصائص هذا الإنزيم تشبه بشكل ملحوظ تلك الموجودة في الإنزيم المنشط بالصوديوم والبوتاسيوم والإنزيم المنشط بالكالسيوم.
توجد ناقلات أولية نشطة أخرى تعمل على تقسيم (ATP) والتي تعمل على ضخ الهيدروجين في العضيات داخل الخلايا وفي البكتيريا وفي الخلايا النباتية، ويمثل التدرج الحاد لأيونات الهيدروجين مخزنًا للطاقة يمكن تسخيره لتراكم العناصر الغذائية أو في حالة الأسواط البكتيرية لتشغيل حركة الخلية.
