מפלי ריכוזים הם אמצעי חשוב בהעברת חומרים דרך ממברנת התא, והם גם מספקים את האנרגיה הדרושה כדי להעביר חומרים גם נגד כיוון מפל הריכוזים הטבעי שלהם. מפל הריכוזים המפורסם ביותר הוא זה של הנתרן והאשלגן, שבאמצעותו מופעלים תהליכים ביולוגיים רבים כמו פוטנציאל פעולה, העברת חומרים דרך ממברנה ועוד.

משאבת הנתרן-אשלגן אחראית על ייצור מפל הריכוזים הזה. הסרטון שלפנינו דן בפעולת המשאבה, במנגנון פעולתה ובתפקידיה. הסרטון הוא באנגלית, לכן הוספתי עבורכם בהמשך העמוד תרגום שלו והסברים.
 

הסרטון נלקח מהספר Essential Cell Biology, מהדורה שלישית, מאת Alberts, Bray, Hopkin, Johnson, Lewis, Raff, Roberts, & Walter, הוצאת Garland Science. לאתר הספר

 

תאים אוגרים אנרגיה באמצעות מפלי הריכוזים. בתוך הציטופלסמה ריכוז הנתרן נמוך יחסית לריכוזו בנוזל החוץ-תאי, ואילו בנוגע לאשלגן המצב הפוך. כמו מים מאחורי סכר, מפלי הריכוזים הללו אוגרים אנרגיה פוטנציאלית, והתא מצמד אותה כדי להניע תהליכים בתוכו. משאבת הנתרן-אשלגן היא הכלי שמאפשר לתאים לשמר את מפל הריכוזים.

על מנת להתחיל במחזור השאיבה, יוני נתרן נקשרים לאתרי הקישור בצד המשאבה שנמצא בתוך התא (הציטוזולי). יש שלושה אתרי קישור, אך בסרטון מוצג רק אחד לשם הפשטות. שאיבת הנתרן נגד כיוון מפל הריכוזים שלו דורשת אנרגיה שמסופקת על ידי פירוק של ATO, שהוא "מטבע האנרגיה" העיקרי של הגוף.  ATP מעביר קבוצת פוספט למשאבה בקשר עתיר אנרגיה והפוספורילציה גורמת לשינוי מבני (שינוי קונפורמציה) כך שיוני הנתרן נחשפים לחלל החוץ תאי ומשתחררים בחוץ.

הפעולה הזו חושפת אתרי קישור לאשלגן שנמצאים במשאבה. אף על פי שיש שני אתרי קישור לאשלגן, למען הפשטות הסרטון מציג רק אחד מהם. קישור יוני האשלגן גורם לפוספט להתנתק ולמשאבה לחזור למבנה הראשוני שלה. האשלגן משוחרר בתוך התא והמחזור מתחיל מחדש. מחזור שלם אורך כעשר אלפיות השנייה.

ארז גרטי
המחלקה לכימיה ביולוגית
מכון ויצמן למדע


הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בתגובה לכתבה זו ואנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה יתקבלו תמיד בברכה.

5 תגובות

  • תמר

    מטען האשלגן והנתרן בתא

    היי
    איזה מטען יש ליוני האשלגן ונתרן בחוץ ובפנים התא??
    גם הנתרן וגם האשלגן הם יונים חיוביים אז מדוע בתוך התא יש מטען שלילי בזמן מנוחה??
    אשמח לתשובה.
    תודה!

  • סילביה

    מה ההשפעה הסופית של פעולת המשאבה על שריר הלב למשל?

    ההסבר על אופן פעולת המשאבה ברור, אך לא ברור מה התוצאה הסופית, מה תעשה משאבת נתרן אשלגן בלב לאחר שהנתרן יצא והאשלגן נכנס לתוך התא, כיצד תא הלב יושפע מכך?

  • רעות

    משאבות נתרן

    היי ארז,
    מה זה בעצם "נשאי נתרן"? אלו אבני היסוד הבונות את המשאבה? כלומר - המשאבה בנויה ממולקולות חלבון שנקראות "נשאי נתרן"?
    ובנוסף, האם המשאבות כל הזמן פועלות עד שהן מקבלות חשמל ואז הן נסגרות, או שגם כדי להיפתח הן זקוקות לפוטנציאל פעולה?

  • חיים חביב

    משאבות נתרן

    שלום רעות,
    משאבת הנתרן-אשלגן בנויה למעשה משתי שרשראות פוליפפטידיות (חלבוניות), כשכל שרשרת שכזו מתקפלת ליצירת תת-יחידה מסוימת במשאבה: תת-יחידה אלפא ותת יחידה בטא. כל תת יחידה היא בעצם חלבון בפני עצמו, אך ביחד כשהן מחוברות הן יוצרות את המשאבה. למעשה, תת היחידה אלפא היא זו שעושה את עיקר עבודת השאיבה - העברת היונים מצד אחד לשני תוך כדי פירוק מולקולת הATP, כשתת היחידה בטא מספקת לה תמיכה מבנית.
    בקרת הפעילות על המשאבות נעשית בכמה רמות. ראשית, ישנם חלבונים שתפקידם לעכב או להאיץ את המשאבה. שנית, זמינות הATP משפיעה על פעילותה של המשאבה, ושלישית ישנם שומנים מיוחדים בממברנת התא שמשפיעים על פעילות המשאבה.
    ״פוטנציאל פעולה״ זה שם כללי לשינוי במפל המתחים על ממברנת התא. מפל המתחים על הממברנה נבנה בין השאר ע״י המשאבה (משום שהיא מוציאה ומכניסה מספר שונה של יונים חיוביים, היא יוצרת נטו תנועה של מטען ולכן בונה מתח).

  • חיים חביב

    משאבות נתרן

    שלום רעות,
    משאבת הנתרן-אשלגן בנויה למעשה משתי שרשראות פוליפפטידיות (חלבוניות), כשכל שרשרת שכזו מתקפלת ליצירת תת-יחידה מסוימת במשאבה: תת-יחידה אלפא ותת יחידה בטא. כל תת יחידה היא בעצם חלבון בפני עצמו, אך ביחד כשהן מחוברות הן יוצרות את המשאבה. למעשה, תת היחידה אלפא היא זו שעושה את עיקר עבודת השאיבה - העברת היונים מצד אחד לשני תוך כדי פירוק מולקולת הATP, כשתת היחידה בטא מספקת לה תמיכה מבנית.
    בקרת הפעילות על המשאבות נעשית בכמה רמות. ראשית, ישנם חלבונים שתפקידם לעכב או להאיץ את המשאבה. שנית, זמינות הATP משפיעה על פעילותה של המשאבה, ושלישית ישנם שומנים מיוחדים בממברנת התא שמשפיעים על פעילות המשאבה.
    ״פוטנציאל פעולה״ זה שם כללי לשינוי במפל המתחים על ממברנת התא. מפל המתחים על הממברנה נבנה בין השאר ע״י המשאבה (משום שהיא מוציאה ומכניסה מספר שונה של יונים חיוביים, היא יוצרת נטו תנועה של מטען ולכן בונה מתח).