Sodium-potassium ATPase – Protein Functions

00:00 Auf zellulärer Ebene habe ich bisher über die organismische Ebene gesprochen, über die Bewegung von Materialien durch den Körper, aber auch auf zellulärer Ebene spielen Proteine eine sehr wichtige Rolle beim Transport. Und dieses Transportsystem, das ich Ihnen jetzt zeigen werde, ist eines der wichtigsten, die Zellen haben, und es ist eines, das in den meisten Zellen zu finden ist. Dieses Transportsystem heißt Natrium-Kalium-ATPase und ist ein so genannter transmembraner Ionentransport.

00:29 Es handelt sich um ein Protein, das sich in der Lipiddoppelschicht befindet. Wir können in der Lipiddoppelschicht die grüne Natrium-Kalium-ATPase sehen. Wenn wir damit links beginnen, sehen wir, dass dieses Protein an zwei Natriumatome gebunden ist, die in der grünen Kammer zu sehen sind, und wir sehen, dass sich ein drittes bereit macht, einzutreten. Nachdem die drei Atome geladen sind, wird ein ATP-Molekül von demselben Natrium-Kalium-ATPase-Protein gebunden und es spaltet ATP. Die Spaltung von ATP bewirkt, dass die Natrium-Kalium-ATPase ihre Form verändert. Anstatt von unten geöffnet zu werden, ist sie nun von oben geöffnet. Nun, unten ist das Innere der Zelle und oben ist außerhalb der Zelle.

01:18 Und in diesem Prozess werden die drei Natriumverbindungen freigesetzt.

01:23 Die Freisetzung dieser drei Natriumverbindungen ist sehr wichtig, weil die Natriumkonzentration außerhalb der Zelle höher ist als innerhalb der Zelle. Wie ich schon sagte, ist die Freisetzung der drei Natriumsorten in den äußeren Teil der Zelle sehr, sehr wichtig, denn die Zelle hat das Bedürfnis, dieses Natrium loszuwerden, wie ich in einer Minute erklären werde.

01:43 Die Schwierigkeit für die Zelle besteht darin, dass die Natriumkonzentration außerhalb der Zelle höher ist als innerhalb der Zelle. Das bedeutet, dass die Zelle beim Ausstoßen des Natriums mit einem Gefälle zu kämpfen hat. Die Natrium-Kalium-ATPase sorgt dafür, dass dies geschieht, indem sie ATP spaltet. Es braucht Energie, um Dinge von einer niedrigen zu einer hohen Konzentration zu bewegen, so wie es Energie braucht, um Wasser bergauf zu bewegen.

02:17 Die Bewegung von Dingen auf diese Weise ist also gleichbedeutend mit der Bewegung von Wasser bergauf. Nachdem die Natrium-Kalium-ATPase die drei Natrium-Ionen aus der Zelle freigesetzt hat, bindet sie zwei Kalium-Ionen, und die beiden Kalium-Ionen gelangen in die offene Kammer, die zuvor durch den Austritt des Natriums verlassen wurde. Der Eintritt der beiden Kaliumionen erfolgt, und Sie können am Boden dieser Kammer ein kleines blaues Ding sehen. Das kleine blaue Ding am Boden der Kammer ist ein Phosphat, das zurückblieb, als ATP beim vorherigen Austausch gespalten wurde. Im nächsten Schritt des Prozesses wird das Phosphat freigesetzt, und die beiden Kaliumsorten kommen hinein. Dadurch kann sich das Kalium gegen einen Konzentrationsgradienten bewegen. Ich habe die Gradienten an der Seite dieser Abbildung aufgetragen.

03:09 Sie können sehen, dass die Natriumkonzentration zum Beispiel zunimmt, wenn wir nach oben gehen, und die Kaliumkonzentration steigt, wenn wir nach unten gehen, was bedeutet, dass beide Ionen gegen einen Gradienten bewegt werden. Warum ist das wichtig? Nun, es ist wichtig, weil die Zellen ein Gleichgewicht aufrechterhalten müssen, und dieses Gleichgewicht wird durch den osmotischen Druck hergestellt. Der osmotische Druck ist für die Zellen schwer zu bewältigen, und die Bewältigung des osmotischen Drucks wird zum Teil durch diese Pumpe bewerkstelligt.

03:40 Diese Pumpe ist das, was ich den Studenten als die Kosten des Lebens beschreibe, denn um lebendig zu sein, muss eine Zelle in der Lage sein, Energie aufzuwenden, um den osmotischen Druck in einem angemessenen Rahmen zu halten.

03:55 Wie wir gesehen haben, reicht die Vielfalt der Funktionen von Proteinen von Antikörpern, die den Körper vor Infektionen schützen, über die Genexpression und die Unterstützung von Zellen bei der Herstellung der notwendigen Proteine bis hin zu Transportfunktionen, die, wie wir hier sehen können, sowohl Zellen als auch Organismen dabei helfen, Materialien nach Bedarf zu transportieren. Die Vielfalt der Funktionen von Proteinen im Körper ist bemerkenswert und notwendig.