Élni vagy létezni? – 14. Fejen állva nézelődünk

Élni vagy létezni?

  1. Fejen állva nézelődünk

 

Elöljáróban el kell mondanom, ebben a részben a mondanivalóm olyan szikár lesz, mint a rendszerváltáskor füstölőn hagyott hering lehetett múlt nyáron az évszak legszárazabb napján. Nem tehetek mást, a legnagyobb szigorral végig kell mennem a sejtanyagcsere központi mozzanatának tárgyalásán. Minden, amit egészségről, közérzetről, testi állapotról mondani lehet, ehhez a ponthoz kötődik, a sor elején ebből ágazik el. Ha ez jól működik, minden jól működhet. Legalábbis esélye lesz rá.

Ha ez nem működik jól, semmi sem fog jól funkcionálni. Esélye sem lesz rá.

Minden fontos, ami a normális élet továbbvitelét szolgálja. Nincsenek fontos és lényegtelen dolgok. De léteznek központi és perifériális történések. Ez, amiről ebben a részben szólok, a létező legközpontibb sejtélettani folyamat. Mégsem értjük igazán. Vagy félreértjük. Ez pedig sok hiba forrásaként szolgálhat a döntéseinkben.

Vágjunk bele!

Gyakran megesik velünk, hogy nem akarunk hinni a szemünknek, olyat látunk.

Még többször fordul elő, hogy hiszünk neki, pedig nem kellene.

Ahogyan mondani szoktuk, a látszat olykor csal.

Valószínűleg többször, mint azt gondolnánk.

A 11. részben, a sejtmembrán potenciál-változásai kapcsán, már érintettük a nyugalmi és akciós (ingerelt) állapot kérdését. A sejtnek ugyanis ez a két állapota fordulhat általában elő. Az elnevezésből adódik, hogy első esetben mi sem történik vele: csak ott van és vár. Utóbbi esetben pedig, valamely inger által működésbe léptetve, teszi a dolgát: segít a szervezet válaszát megadni a kihívásra.

Számtalan embert megkérdeztünk már, hogy véleménye szerint a két állapot közül melyik jelenti az életet. Gyakorlatilag kivétel nélkül azt mondták, hogy az akciós az. Teljesen érthető ez az álláspont, hiszen az életjelenségek megfigyelése kapcsán, gyermekkorunktól kezdve azt az információt kapjuk, hogy a mozgás, a cselekvés az élet. A nyugalom a halál. Van vallás, mely az abszolút nyugalomban, a Nirvánában találja meg a dolgok végső értelmét.

Érthető, de vajon igaz ez az álláspont?

Az élet lényegének megértéséhez meg kell vizsgálnunk a sejt két jelzett állapota közötti különbséget.

A sejtet a sejtmembrán választja el a külvilágtól. Ez egy folyékony lipid kettősréteg, melybe beágyazva „úsznak” az integráns fehérjék. A hártya feladata, hogy az élő sejtet elhatárolja a külvilágtól, ugyanakkor összekösse azzal. Vagyis: szabályozható anyag- energia- információ-áramlást tegyen lehetővé a sejt és környezete között.

Az integráns, más néven transzmembrán fehérjék igen szerteágazó feladatot látnak el. Ezek közül, a témánk tárgyalása szempontjából legjelentősebb funkciójuk a sejtmembrán transzportmechanizmusaiban (anyagszállításokban) való részvételük. A sejtanyagcsere valósul meg tulajdonképpen működésük által. A jelen témánk szempontjából legfontosabb transzmembrán fehérje a Na/K-pumpa (Nátrium-kálium-pumpa). Ennek okszerű működése teremti meg a sejt állapotváltozásának (nyugalmi/aktivált) kémiai, elektrokémiai alapjait.

Nyugalmi állapotban a membrán belső (citoplazma felőli) oldalán magas a K+-koncentráció, s alacsony a Na+ koncentrációja. Ez az állapot az érintett ionok „akarata” ellenére alakul ki, mivel a K+ a sejtközötti térbe, a Na+ pedig éppen onnét, a sejt belső terébe szeretne vándorolni. (Passzív mozgás által, a koncentráció-grádiensnek és az elektro-ozmotikus potenciálnak megfelelően)

Ebből következik, hogy nyugalmi állapotát a sejt csak szívós, aktív munkával képes fenntartani, a passzív mozgást kiváltó erők hatásának kiegyenlítésére törekedve. A nyugalmi állapot fenntartásának (és visszaállításának) eszköze a Na/K-pumpa, mely a sejtből kifelé szállítja a Na+-t, kintről pedig befelé fuvarozza a K+-t. Működése, természetesen, energiát emészt fel. Ezt az energiát, mi sem természetesebb, az ATP biztosítja.

Az ionpumpa működését úgy kell elképzelni, mint a négyütemű motorét. Annyi a különbség, hogy az ionpumpa a sejtmembránban, keresztirányban forog, s nem le-fel jár, mint a motor dugattyúja. Forgásához a szerkezetét alkotó fehérje elektronfelhőjének töltés-változása szolgáltatja az energiát, melynek külső fedezetét, fordulatonként egyszer, az ATP hidrolízise szolgáltatja.

  1. ütem: sejten belüli térben – megkötődés. ATP kötődik a pumpára. Ennek hatására a pumpa Na+-megkötő helyei aktiválódnak. Felcsatlakoznak hát a Na+-ionok. A fehérje 3 Na+ megkötésére és sejten kívüli térbe szállítására képes.
  2. ütem: a sejten kívüli térben – lelökődés. Amikor a 3 Na+ megkötődik a pumpán, az ATP hidrolízisével, annak terminális foszfátcsoportja a pumpa alfa-alegységének aszpartátjára kerül. A képződött ADP leválik az enzimről. Konformáció történik, a pumpa elektronfelhője új térbeli alakot ölt. Ez az alakváltás 180 fokos fordulat megtételét eredményezi a lipidmembránon. Mivel a foszforilálás csökkentette az enzim Na+affinitását, az immár sejten kívüli Na+ionok leválnak a pumpáról.
  3. ütem: sejten kívüli térben – megkötődés. A K+, a membrán külső felszínén tanúsított kémiai affinitása révén, rákötődik a pumpa-fehérjére. A pumpa 2 K+ felvételére alkalmas, s amint azok megkötődnek, az enzim defoszforilálódik. Az így létrejött fehérje-szállított anyag komplexén újabb alakváltozás (konformáció) zajlik le, aminek következtében a komplex tesz egy következő 180 fokos fordulatot, „átbucskázik” a kettős lipidrétegen, s a megkötött ionokkal a sejten belüli tér felé fordul.
  4. ütem: sejten belüli térben – lelökődés. Az intracelluláris tér kémiai és elektromos viszonyai teljesen másak, mint a sejtközötti tér viszonyai voltak. E körülmények között, valamint annak következtében, hogy a defoszforilálódott pumpa K+aktivitása csökkent, a 2 K+ lelökődik a pumpa felszínéről. Elektron-hiányukat megpróbálják a negatív töltésű fehérjék felhőjéből pótolni.

A megüresedett pumpa kötést létesít egy arra kószáló ATP-molekulával, s a folyamat kezdődik elölről.

Azzal, hogy a pumpa 3 pozitív töltést távolít el, s csak 2 pozitív töltést szállít a helyére, biztosítja a citoplazma megfelelő elektromos töltését és ozmotikus nyomását.

Tekintve, hogy a sejtmembrán nem zár hermetikusan, az elektroozmotikus potenciálnak és a koncentráció-grádiensnek megfelelően, a Na+ befelé, s a K+ kifelé áramlása folyamatosan, spontán is megvalósul. Ezenkívül léteznek másodlagosan aktív transzporterek, melyek működésükhöz a sejtközötti tér Na+-gradiensét használják fel. Ennek következtében Na+ jelenik meg a sejten belüli térben. A sejt, nyugalmi állapotának fenntartása érdekében, nem tehet mást, mint hogy a Na/K-pumpát állandóan működteti. Tehát: aktív munkát, permanens energia-felhasználást kell végezni, tulajdonképpen azért, hogy ne történjék semmi! A nyugalmi állapot valójában nem is olyan nyugodt állapot.

A jelenség elektromos oldalát úgy képzeljük el, mint egy kondenzátor esetét. Sejtmembránunk két oldala a fegyverzet, maga a membrán a dielektrikum. Nyugalmi állapotban ez a speciális kondenzátor fel van töltve, s várja, hogy megfelelő környezeti változás (ingerlés) hatására ezt a töltést leadja. Annyi a baj, hogy folyamatosan szökik a töltés. Ennek a problémának az áthidalására dolgozik a Na/K-pumpa, s folyamatosan rendbe rakja a töltésviszonyokat. Így maradhat meg az a nyugalmi töltés-eloszlás, melynek eredménye a -90 millivoltos membránfeszültség folyamatos jelenléte.

Ezek után tekintsük át az akciós állapotot!

Amikor a sejt ingerelt állapotba kerül, a sejtmembrán áteresztővé válik a Na+ tekintetében. (Addig csak nem zárt tökéletesen, de nem volt átereszthetőnek mondható.) Rövid idő alatt igen nagy mennyiségű Na+ áramlik a sejt belső terébe, s a negatív töltésű fehérjék semlegesítésével megszünteti az általuk addig fenntartott nyugalmi potenciált. Ezt nevezzük a depolarizáció szakaszának.

A folyamat a csúcspotenciálját akkor éri el, amikor a beáramlás mértéke a maximumon van.

Ezt követően megkezdődik a repolarizáció, tehát az ionok, a Na/K pumpa intenzív működésének hatására, megindulnak eredeti, nyugalmi potenciálhoz kijelölt helyükre. A pumpa ugyanúgy működik, mint fentebb bemutattam – csak sokkal intenzívebben. A repolarizáció esetében nem csupán a kéretlenül elszivárgott kevéske iont kell a „helyére tenni”, hanem vissza kell állítani a teljesen felborult helyzetet az eredeti töltés-eloszlás állapotára. Egységnyi idő alatt ez lényegesen több fordulatot kíván meg a pumpától, mint a fenntartó közreműködés – tehát egységnyi idő alatt lényegesen több ATP-t is felemészt.

A folyamat a hiperpolarizációig tarthat – vagyis, a nyugalmi potenciálnál erősebb negatív töltés kialakításáig. Erre a túltöltésre  azért van szükség, mert így biztosítható, hogy a sejt egy ideig még ne legyen ingerelhető.

A kondenzátor-példára visszatérve: az ingerelt állapotban kisült a kondink, újra fel kell tölteni.

A dolog lényegét tekintve mit tapasztaltunk? Egyrészről: az aktív állapot energetikai értelemben passzív állapotnak tekinthető, hisz az ion-mozgások a szabadenergia-tartalom csökkenésének irányába folytak le. Másrészről, az akcióban álló, ingerelt sejt, a repolarizáció megindulása előtt, kémiai tekintetben, olyan ion-összetételt mutat, mint a sejthalál állapotában!

Bizony, a sejthalál és az ingerelt állapot ion-összetétele megegyezik. A sejt gyakorlatilag azért hal meg, mert nem tudja visszaszerezni nyugalmi állapotát. Emiatt nem válik újból ingerelhetővé, passzív marad a környezet minden kihívására.

Vegyük elő még egyszer példabeli kondenzátorunkat! Nem töltődik fel, tehát kisülésre sem lesz többé képes.

Ha ismét felteszem a kérdést: a sejt nyugalmi vagy aktivált állapota-e az élő állapot, bizonyára sokan egyetértenek velem, hogy a látszat ellenére – a nyugalmi állapot az.

Kicsit árnyaltabban fogalmazva: a sejtszintű élet nem más, mint az adott sejtnek az a képessége, hogy visszanyerje nyugalmi állapotát. Mint láttuk, az ATP energiájának segítségével.

A Na/K-pumpa működése meghatározó fontossággal bír a sejt életére nézve. Azon túl, hogy a membrán nyugalmi potenciál fenntartásának első számú felelőse, a sejttérfogat mértékének alakulása is rajta múlik. (Amennyiben nem kellő hatékonysággal pumpálná ki a pozitív töltéseket a citoplazmából, a nyugalmi potenciál csökkenésével együtt, a töményedés miatt, megindulna a sejtközötti térből a víz beáramlása.)

Szélsőséges helyzetben, a Na/K-pumpa diszfunkciója esetén, ez a beáramlás egészen a sejthártya szétszakadásáig, a sejt felrobbanásáig tarthat.

Számos, másodlagosan aktív transzporter működéséhez a sejtből kipumpált Na+ biztosítja a hajtóerőt. Ezek a transzporterek glükózt, aminosavakat, egyéb fontos alapanyagokat juttatnak a sejten belüli térbe, a Na+ koncentráció-grádiensét kihasználva, mint azt fentebb már írtam. Ezen anyagok szállítása is kárt szenvedhet, ha a Na/K-pumpa nem megfelelően működik.

Sok sejtünkben ez a pumpa használja fel a sejt teljes energia-igényének 20 %-át. Idegsejtek esetében ez az arány 67 %.

Vajon mi történik azokkal a sejtjeinkkel, szöveteinkkel, melyekben a pumpa működését energetikai oldalról nem képes szervezetünk teljesen fedezni? Mi van, ha akadozva működik?

Kucsora István

Minden vélemény számít!

Az email címet nem tesszük közzé. A kötelező mezőket * karakterrel jelöljük.

A következő HTML tag-ek és tulajdonságok használata engedélyezett: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>