Sodno-draselná pumpa

V posledním videu jsem vám ukazoval jak vypadá neuron a mluvili jsme o jeho částech, a také jsem řekl základní informace o tom co neuron dělá. Že je stimulován na dendritech -- a co stimulace ve skutečnosti znamená, bude o tom v dalších videích a tento impuls, tato informace, tento signál se sčítá. Pokud je zde násobná stimulace bodů na více dendritech, efekt se sčítá a pokud je dosažen určitý práh, vytvoří se akční potenciál ,neboli signál, který putuje axonem a možná bude stimulovat další neuron nebo sval, protože tyto koncové body axonu mohou být napojeny na dendrity dalších neuronů nebo buněk svalů nebo kdo ví, na co jiného. Ale v tomto videu chci vysvětlit základy toho, co je ve skutečnosti tento signál a jak vlastně neuron přenáší tyto informace přes axon, nebo jak vlastně putuje od dendritu do axonu. Předtím než o tom budu mluvit, musíme pochopit základní pravidlo základní porozumnění skutečného elektrického potenciálu v membráně neuronu. Ve skutečnosti má každá buňka nějaký rozdíl v potenciálu, ale u neuronu je tento rozdíl obzvlášť důležitý pro schopnost přenosu signálu. Pojďme se podívat na buňku neuronu zblízka. Mohu to ukázat na jakékoli části buňky, pokud není pokrytá myelinovou pochvou. Zvětším tuto membránu Řekněme, že toto je membrána neuronu jako je tento. Toto je membrána. Vně neuronu nebo buňky je zde. A toto je vnitřek neuronu, nebo buňky. Okolo se nachází sodné a draselné ionty. Nakreslím sodíky takto. Sodíky budou kolečka. Tak toto jsou sodíky, tedy jejich kladně nabité ionty. Mají náboj plus jedna a teď draslíky, nakreslím je jako trojúhelníčky. Řekněme, že toto je draselný kation, značka draslíku je K. Je také pozitivně nabitý. A jsou tady rozmístěné okolo. Řekněme, pro začátek, že budou venku i uvnitř buňky. Všechny jsou kladně nabité. Nějaké sodíky jsou uvnitř a nějaké venku. Teď se to změní tak, že buňky budou mít více kladného náboje vně membrány než uvnitř membrány. Takže vlastně je zde rozdíl mezi napětím, kdyby zde nebyla membrána, záporné náboje by chtěly uniknout, nebo kladné náboje, resp. kladné ionty by se chtěly dostat dovnitř. Vnější část se tak stane více pozitivní a teď budeme mluvit o tom proč. Takže tu máme elektrický potenciálový gradient, že? Pokud by toto bylo méně pozitivní než toto neboli pokud bych měl pozitivní náboj tady, chtěly by se přemístit na méně nabitou stranu. Chtěly by se dostat pryč od dalších pozitivních nábojů. Jsou odpuzovány ostatními kladnými náboji. Stejně tak, pokud bych já měl záporný náboj, šel bych raději na druhou stranu. Kdybych měl kladný, asi bych byl šťastnější tady, než tady. Ale otázka je, jak se toto děje? Protože když se to nechá na nich, náboje se rozmístí tak, že tu žádný potenciálový gradient nebude. Nějak musíme dodat energii do tohoto systému, abychom vytvořili stav, kde je více kladná vnější strana než strana vnitřní. A k tomu slouží sodno-draselná pumpa. Pokusím se to nakreslit. Takto v reálu bílkovina nevypadá, ale ukážu vám jak ve skutečnosti funguje. Nakreslím tuto část proteinu. Vypadá to asi takto a vy pochopíte, proč jsem to nakreslil takto. Napřed tato strana proteinu, nebo enzymu -- a poté druhá strana, nakreslím to takto. Vypadá to asi takto, i když skutečný protein přesně takto nevypadá. Už jsem vám ukazoval jak bílkoviny doopravdy vypadají. Vypadají jako velký chomáč částic, velký komplex. Jednotlivé části bílkoviny mohou vázat různé částice a když se tyto částice naváží na proteiny, změní jeho tvar. Nakreslím zjednodušené schéma a to, co vám chci ukázat, je sodno-draselná pumpa v neaktivním stavu. A pak se stane to, že tato pěkná místa, kam se mohou sodíky navázat. Tak v této situaci, se sodíky mohou navázat na tato místa na našem enzymu nebo bílkovině. Kdy by byly sodíky jen navázané a do systému by nevstupovala energie, nic by se nedělo. Zůstalo by to takto. Protein vypadá ve skutečnosti šíleně. Ten náš protein by mohl být takovýto shluk bílkovin a sodíky by se navazovali tady, tady a tady. Možná je to i uvnitř bílkoviny, ale stále by se nic nedělo, pokud by se sodíky pouze navázaly na tuto stranu proteinu. Aby se něco dělo, aby mohlo být něco vypumpováno ven, je použita energie z ATP. Máme tu videa o dýchání a říkal jsem vám v nich, že ATP je zásobárna energie v buňce, takže toto je něco, kde se ATP uplatní. ATP -- to je adenosintrifosfát - možná se ve skutečnosti zapojuje do nějaké jiné části enzymu, ale v našem schématu se naváže na tuto části enzymu. A tento enzym, to je druh ATPázy. Když řeknu ATPáza, je to něco, co odštěpuje fosfát z ATP, to se děje díky jejímu tvaru. Je schopná ho rozštěpit. Ve chvíli kdy se odštěpí fosfát, změní se její tvar. Takže krok první, máme sodíkové ionty. Spočítejme je. Máme tři sodíkové ionty -- toto jsou skutečné poměry - z vnitřní části buňky neuronu. Ty se navázaly na pumpu, což je ve skutečnosti bílkovina, prostupuje naši membránu. Teď druhý krok, máme také ATP. ATP se rozštěpilo na ADP a fosfát na proteinu, který přitom změnil svůj tvar. Takže to také dodalo energii na změnu tvaru pumpy. Takto vypadala pumpa předtím. Teď naše pumpa bude vypadat asi takto. Udělám zde místo. Nakreslím změněnou pumpu zde. A toto je tedy stav před. Poté co se ATP rozstěpila, vypadá to asi takto. Namísto toho, aby zůstala v tamté konfiguraci, otevře se na druhou stranu. Takže to může vypadat asi takto. A samozřejmě nese fosfátové skupiny. Ty mají pozitivní náboj. Je to otevřené asi takto. Tato strana teď vypadá takhle. Nyní jsou fosfory vypuštěny ven. Takže byly vypumpovány ven. Pamatujte, je požadovaná energie, protože je to proti přirozenému gradientu. Berete kladné náboje a strkáte je do prostředí, které je dokonce ještě kladnější a také je berete do prostředí, kde už je mnoho sodíků, a vy sem pouštíte ještě více sodíků. Takže to jde proti přirozenému gradientu a proti sodíkovému gradientu. Ale ted -- hádám, že můžeme popojít ke třetímu kroku -- sodíky jsou vypuštěny ven z buňky. A když se takto změní tvar, sodík se už tak jednoduše neváže. Nyní nastává malá změna, sodík se nemůže navázat na tuto strukturu, která směnila tvar, kvůli ATP. Takže třetí krok, tři sodíkové ionty jsou vypuštěny ven. Teď, když je to v této konfiguraci, máme všechny kladné ionty venku. Tyto kladné ionty se od sebe chtějí dostat daleko. Ve skutečnosti jsou přitahovány k buňce protože, buňka je méně pozitivní než ony. A tyto kladně nabité ionty -- a především draslík-- se může navázat na tuto stranu proteinu, když jsou v této -- myslím že to můžeme nazývat aktivované konfiguraci. Nyní můžeme přejít k čtvrtému kroku. Máme navázané dva draslíkové ionty -- hádám, že to můžeme nazývat aktivovaná pumpa -- nebo změněná pumpa. Nebo možná můžeme říct, že je v otevřené formě. Oni sem přijdou a když se naváží, tak přemění tvar tohoto proteinu zpět do tohoto tvaru, zpět do tohoto otevřeného tvaru. A teď, když jsme zpět u otevřeného tvaru, tyto částice už zde nejsou, ale jsou zde tyto dvě částice. A v tomto tvaru právě tady, všechny ??---? možná to nejsou ??---? Ve skutečnosti to sou částice v tomto velkém shluku bílkovin. Nejsou tak dobré v tom, aby zůstali navázány, takže tyto draslíky jsou vypuštěny do buňky. A teď pátý krok, pumpa -- toto mění tvar pumpy. Pumpa mění tvar na ten původní. A poté jsme jako na začátku, tyto dva draselné ionty jsou vypuštěné do prostředí buňky. V dalších videích uvidíme proč je prospěšné mít tyto ??draselné?? ionty uvnitř buňky. Možná byste řekli, proč prostě nepumpujeme částice ven abychom měli potenciálový rozdíl? Ale uvidíme, že tyto ??sodíkové?? ionty jsou ve skutečnost velice užitečné. Jaký je tedy celkový efekt? Skončili jsme s mnohem více sodíkovými ionty venku a skončili jsme s více draselnými ionty uvnitř ale jak jsem řekl vevnitř je méně kladně nabitý než venku. Ale obě strany jsou kladné. Je jedno jestli máme více sodíků, nebo draslíků, ale jestliže jste dávali pozor na poměry, o kterých jsem mluvil, kdykoliv jsme použili ATP, vypumpovali jsme tři sodíky a dovnitř jsme vypustili pouze dva draslíky že? Ven jsme vypumpovali tři sodíky a dovnitř dva draslíky. Každý z nich měl plus jeden náboj, ale kdykoliv jsme toto udělali přičetli jsme jeden navíc ven. 3 venku, 2 vevnitř. Máme navíc 1 náboj -- máme plus 1 venku. Takže proto jsme udělali venkovní prostředí více kladné, zvláště ve spojení s vnitřkem. A toto je to co vytváří potenciálový rozdíl. Kdybyste vzali voltmetr -- voltmetr měří elektrický potenciálový rozdíl -- a změřili byste rozdíl napětí mezi tímto a tímto místem -- nebo přesněji, mezi tímto a tímto bodem, jestli jste odečetli napětí tady od tohoto dostanete číslo -70 milivoltů, což je obecně považováno jako zbytkový rozdíl v napětí, potenciálový rozdíl napříč membránou neuronu když je v klidovém stavu. V tomto videu jsme naznačili základ jak a proč buňka používající ATP, používající energii, je schopná udržovat potenciálový rozdíl v její membráně, když je venku trošku více pozitivní než uvnitř. Máme tedy vlastně záporný potenciálový rozdíl, pokud porovnáváme vnitřek s vnějškem. Kladný náboj by se chtěl dostat dovnitř jestliže by mu to bylo dovoleno a záporné náboje by se chtěli dostat ven pokud by jim to bylo dovoleno. Teď se naskytla poslední otázka. Možná byste řekli, pokud stále budeme pokračovat v tom, že vždy přidáme jeden náboj ven náš rozdíl napětí, by musel nabýt opravdu záporných hodnot. Muselo by to být daleko více záporné, než vnější prostředí. Proč se to stabilizuje na -70? Abychom zodpověděli tuto otázku -- tyto, co přicházejí dovnitř hrají důležitou roli v mnoha detailech v dalších videích -- také máte kanály, které jsou skutečné bílkovinné struktury, které v jejich otevřené pozici dovolí sodíkům aby přes ně prošli. A také jsou zde kanály, které ve své otevřené pozici dovolí draslíku, aby prošel. Nakreslím to do těsné pozice. A my budeme mluvit v dalším videu o tom, co se děje když se otevřou. Ale v jejich zavřené pozici, jsou stále trochu propustné. A pokud se koncentrace draslíku příliš zvýší tady dole -- a příliš zvýšená znamená, když dosáhnou prahu -70 milivotlů -- nebo lépe když se koncentrace sodíků příliš zvýší tady venku, několik z nich se propustí. Když se koncentrace příliš zvýší a toto je opravdu kladné pouze díky elektrickému potenciálu, některé z nich budou protlačeny. A toto udrží hladinu na - 70 milivoltech. A pokud půjdeme dolů, možná se propustí nějaké draslíky na druhou stranu. Takže, i když jsou zavřené -- začne to být tak absurdní -- pokud se dostaneme na -80 milivoltů, nebo -90 milivoltů, najednou zde bude velké dráždění na nějakou z těchto částic, aby se propustila příslušným kanálem. A toto je mechanismus, který nás udrčuje ve stabilním potenciálovém napětí. V dalším videu, budeme mluvit o tom, co se děje s potenciálovým napětím, když je neuron stimulován.