VẬN CHUYỂN TÍCH CỰC NGUYÊN PHÁT
– Bơm natri-kali vận chuyển ion natri ra khỏi tế bào và ion kali vào trong tế bào
Những chất được vận chuyển bởi vận chuyển tích cực nguyên phát là natri, kali, canxi, hydrogen và một vài ion khác.
Cơ chế vận chuyển tích cực mà được nghiên cứu chi tiết nhất là bơm natri-kali (Na+-K+), một quá trình vận chuyển bơm ion natri ra ngoài qua màng tế bào của tất cả các tế bào và cùng lúc bơm ion kali từ bên ngoài tế bào vào bên trong tế bào. Bơm này chịu trách nhiệm cho duy trì chênh lệch nồng độ natri và kali qua màng tế bào, cũng như thiết lập một điện thế âm bên trong tế bào. Trong thực tế, chương 5 cũng cho thấy rằng bơm này cũng là cơ sở của chức năng thần kinh, dẫn truyền tín hiệu thần kinh trong suốt hệ thống thần kinh.
Hình 4-12 cho thấy các thành phần cơ bản của một bơm natri-kali. Protein mang là một phức hợp của hai protein hình cầu-một thành phần lớn gọi là tiểu đơn vị alpha, với trọng lượng phân tử khoảng 100000 và một thành phần nhỏ hơn là tiểu đơn vị beta, với trọng lượng phân tử khoảng 55000. Mặc dù chức năng của tiểu đơn vị nhỏ hơn chưa được biết (trừ việc nó giúp gắn phức hợp protein vào màng tế bào), thành phần lớn hơn có 3 đặc điểm quan trọng ảnh hưởng đến chức năng của bơm:
+ Nó có 3 vị trí gắn cho ion natri trên phần protein lồi vào bên trong tế bào
+ Nó có 2 vị trí gắn cho ion kali ở bên ngoài màng tế bào
+ Phần bên trong tế bào của protein gần vị trí gắn ion natri có hoạt tính ATPase.
Khi 2 ion kali liên kết phía bên ngoài protein mang và 3 ion natri liên kết nào bên trong, hoạt tính ATPase của protein sẽ được kích hoạt. Việc hoạt hóa ATPase dẫn đến sự cắt đứt liên kết của một phân tử ATP, chia nó thành ADP và giải phóng năng lượng từ một liên kết phosphate cao năng lượng. Năng lượng được giải phóng này sau đó được cho là gây ra sự thay đổi về mặt hóa học và hình dạng của phân tử protein mang, giải phóng 3 ion natri ra bên ngoài và 2 ion kali vào bên trong tế bào.
Giống với những enzym khác, bơm natri-kali ATPase có thể đảo ngược lại. Nếu gradient điện hóa của natri và kali tăng lên đến một mức độ bằng thí nghiệm mà năng lượng tích trữ trong chênh lệch điện hóa đó lớn hơn so với năng lượng hóa học của việc thủy phân ATP, những ion này sẽ di chuyển theo chênh lệch gradient nồng độ và kênh natri-kali sẽ tổng hợp ATP từ ADP và phosphate. Dạng phosphoryl hóa của bơm natri-kali, vì vậy có thể chuyển gốc phosphate vào phân tử ADP để tạo ra ATP hoặc sử dụng năng lượng để thay đổi hình dạng và bơm natri ra ngoài tế bào và kali vào trong tế bào. Nồng độ tương đối của ATP, ADP và phosphate, cũng như gradient điện hóa của Na+ và K+, sẽ xác định hướng của phản ứng enzym. Đối với một vài tế bào, như để hoạt hóa các tế bào thần kinh về mặt điện học, thì khoảng 60-70% năng lượng của tế bào có thể cần cho bơm ion natri ra ngoài và kali vào trong tế bào.
