Sodium Potassium Pump

How a sodium potassium pump can maintain a voltage gradient across a cell or neuron's membrane

-

Son videoda size bir nöronun nasıl göründüğünü gösterdim

Ve bir nöronun farklı bölümlerinden bahsettik

Size bir nöronun ne olduğuyla alakalı genel bir bilgi verdim

Nöron, dendritler tarafından uyarılır

Bu uyarılmanın ne anlama geldiğini
sonraki videolarda anlatacağız

-

Bu impuls, bilgi ve sinyal toplu olarak iletilir

Eğer nöron, farklı dendritler tarafından
çok noktadan uyarılırsa

Bu impulslar toplanır ve eğer eşik enerjisini geçerse
hareket oluşturulur

-

Ya da bu impuls akson boyunca ilerler ve belki de
diğer nöronları veya kasları uyarır

Çünkü aksonların bu uç noktaları diğer nöronlarla
ya da kas hücreleriyle bağlantılı olabilir

-

Ya da kim bilir, ne olduğunu bilemeyiz

Fakat benim bu videoda asıl anlatmak istediğim
bu uyarının ne olduğu

-

Ya da bir nöronun bu bilgiyi akson yoluyla nasıl ilettiği

Ya da gerçekte, bu uyarının dendritten aksona
bu yolu nasıl gidiyor olduğu?

-

Aslında bütün bunlardan bahsetmeden önce
bazı temel kurallara ihtiyacımız var

Veya bir nöronun zarı boyunca sahip olduğu
asıl potansiyel enerjisinin kaynağını anlamaya..

-

-

Aslında bütün hücrelerde bir miktar
potansiyel enerji farkı vardır

Ama eğer bir nörondan ve onun uyarı gönderme
yetisinden bahsediyorsak bu özellikle konumuzla alakalıdır

-

Haydi şimdi bir sinir hücresine-nöron- yakından bakalım

-

Bu hücrede istediğim bir yere yakından bakabilirim

Çünkü bu hücrenin miyelin kılıfı yok

Hücrenin zarına zum yapıyorum

Şimdi diyelim ki bu nöronun zarı

İşte bu şekilde

Evet bu hücre zarı

Burası nöronun ya da hücrenin dışı

Ve burası da nöronun ya da hücrenin içi

Şimdi, hücrenin çevresinde yüzen
sodyum ve potasyum mineralleri çizelim

-

Sodyumu şu şekilde çiziyorum

Sodyum daire şeklinde olacak

Evet bu sodyum

Sodyum-Na- iyonlarının yükü artı bir-+1- olmalı

Sonra da küçük üçgenler şeklinde potasyumları çiziyorum

Şimdi buna potasyum diyelim

Potasyum K şeklinde gösterilir

Bu da artı yüklü bir iyondur

Ve şimdi iyonları buralara yerleştirdik

Şimdi hücrenin hem içine hem de dışına artı yüklü sodyum ve potasyumlar yerleştirmeye başlayalım

-

-

Bu iyonların hepsi pozitif yüklü

Biraz içeride biraz da dışarıda sodyum var

Şimdi hücre zarının dışında içindekinden
daha fazla pozitif yük oldu

-

-

Böylece burada bir potansiyel fark oluştu

Eğer hücre zarı olmasaydı negatif yükler kaçmak isteyecekti

Ya da pozitif yükler veya pozitif yüklü iyonlar
içeri girmek isteyecekti

-

Dışarısı daha fazla pozitif yüke sahip olamayacaktı

biz de bunun nedeninden bahsediyor olacaktık

-

Yani bu bir elektrik potansiyel farkı, değil mi?

Eğer bu farkın büyüklüğü daha az ve pozitif olursa

Yani burada bir artı yüküm olursa, yük daha az pozitif yük olan tarafa gitmek ister

-

Yükler diğer pozitif yüklerden kaçmak isteyecek

-

Yani diğer pozitif yükler tarafından itilecek

Aynı şekilde eğer burada negatif bir yüküm olsaydı,
o da diğer tarafa geçmek isteyecekti

Ya da pozitif bir yükün burada oradaki halinden daha mutlu olacağını söyleyebilirim :)

-

Fakat sorumuz bunun nasıl gerçekleştiği?

Yükler dağılmış olduğu için, kendi yollarını-meyillerini- kaybediyorlar

Bu yüzden bu potansiyel farkı elde edemiyoruz

Bu durumu oluşturmak için bir şekilde sisteme enerji vermek zorundayız

Bunu da hücrenin dışında içine göre daha fazla olan pozitif yüklerle elde edebiliriz

-

Ve bu sodyum-potasyum pompalarıyla gerçekleştirilebilir

Şimdi bunu çizeceğim

Bu aslında proteinin gerçek görüntüsü değil

Ama bu çizim size bu pompaların aslında nasıl çalıştığı ile ilgili fikir verecek

Evet şimdi böyle bir şey çiziyorum

Sonra proteinin diğer tarafını çiziyorum

Burası belki de bu şekilde görünüyordur

Burayı neden bu şekilde çizdiğimi anlayacaksınız

Proteinin ya da enzimin bu kısmını bu şekilde sonra da diğer kısmını şu şekilde çizeceğim

-

Ve bu şekilde görünecek

Elbette ki gerçek protein bu şekilde görünmez

Proteinlerin nasıl göründüğünü göstermeye çalışıyorum

Proteinler büyük kümeler halindedir ve çok karmaşık bir yapıya sahiptir

Proteinlerin farklı parçaları farklı şeylerle bağ yapabilir

Bu şeylerin proteinlerle bağlanması da onların şeklinin değişmesine sebep olabiir

Fakat ben buraya basit bir diyagram çizeceğim

Çünkü size bir şey göstermek istiyorum

Bu bizim inaktif durumdaki sodyum-potasyum pompamız.

Burası sodyumumuzun bağlanabileceği güzel bir yer

-

Bu durumda sodyum, proteinin veya enzimin üzerindeki bu yerlerle bağ yapabilir

-

Eğer sadece sodyum bağlanırsa ve sistemde herhangi bir enerji yoksa hiç bir şey gerçekleşmez

-

Aynen bu şekilde kalmaya devam eder

Aslında protein biraz daha çılgın görünür

Gerçek protein bu şekilde büyük bir bulut gibidir

Ve sodyumlar şuralara bağlanır

Belki burası proteinin bir şekilde içi de olabilir

Ama yine de proteinin bu tarafına sodyum bağlanmasıyla herhangi bir şey gerçekleşmez

-

Herhangi bir şey olması için enerji olmalıdır

Bu ATP den elde edilen enerjidir

Bu konuyu size Solunum'da anlatmıştım

Buna göre ATP hücre içinde bulunan bir enerjidir

Ve bu da ATP yapmak için uygun bir şey

ATP-adenozin trifosfat-

ATP enzimin diğer bir tarafına gidebilir

Fakat bu diyagramda enzimin bu tarafına gidiyor

ATP yi bu renkle gösterelim

Bu enzim bir çeşit ATPaz enzimidir

ATPaz enzimi ATP den bir fosfatı koparır

Ve bu etki onun şeklinden kaynaklanır

Bu enzim ayırmaya yarar

Bir fosfat kopardığında şekli değişir

Önce şunu bir yazalım

Birinci adımda, sodyum iyonlarımız var

Ve aslında, haydi onları bir sayalım

3 tane sodyumumuz var-bunlar gerçek oranlar-

3 sodyum iyonu nöronun ya da hücrenin içinde

Pompayla bağ yapıyorlar

Bu aslında bizim hücre zarımızla çaprazlanır

Şimdi ikindi adım, bir de ATP miz var

ATP deki pozitif fosfat kırılır ve ADP ye dönüşür

ADP, ATP nin şekil değiştirmiş halidir

Bu da pompanın şeklini değiştirecek enerjiyi sağlar

-

Bu pompanın eski hali

Daha sonraki görüntüsü de bu şekilde

Buna açıklık getirmek için biraz boşluk bırakayım

Sonra buraya pompayı çizeceğim

Şurayı silelim

Evet bu ilk hali

Daha sonra fosfat ATP den ayrılıyor

Şu şekilde görünüyor

Bu şekilde görünmek yerine diğer tarafa açılıyor

-

Yani şimdi böyle görünüyor

-

Ve tabi ki bu fosfat gruplarını da beraberinde taşıyor

Fosfatlar pozitif yüklü

Ve bu şekilde taşınırlar

Bu şekilde açılır

Bu tarafı da şimdi şöyle görünür

Böylece şimdi bu fosfatlar dışarı salınırlar

Böylece dışarı fosfatlar dışarı çekilmiş olur

Hatırlarsanız, bu işlem enerji gerktiriyordu

Çünkü bu doğal eğilimin tersine yapılan bir iş

Pozitif yükü alıyorsun

Ve onu daha çok pozitif yük olan bir ortama itiyorsun

Ayrıca etraftaki sodyumu alıyorsun

Daha fazla sodyum bulunan bir ortama koyuyorsun

Bu hem yük dengesine hem de sodyum dengesine zıddır

-

Gelelim üçüncü maddeye

Sodyum hücrenin dışına pompalanır

Bu şekil değiştikçe sodyumla bağ yapma kapasitesi düşer

-

Bu yüzden bunlar biraz daha değişir

Böylece sodyum bu yapıyla bağ yapamaz

Çünkü ATP sebebiyle proteinin şekli değişir

Yani üçüncü adımda, 3 Na+ -pozitif sodyum iyonu- dışarı salınır

-

-

Şimdi bir kere bu yapıdaki bütün pozitif iyonlar artık dışarıda

-

Ayrıca bu pozitif iyonlar birbirinden mümkün olduğunca uzak durmak istiyorlar

-

Bunlar aslında hücrenin kendisi tarafından çekiliyor

Çünkü hücrenin içi pozitif iyon bakımından fakir

Bu yüzden bu pozitif iyonlar-özellikle potasyum- proteinin bu kısmında bağ oluşturabilir

Bu gerçekleştiğinde bunu aktifleşmiş kompleks olarak tanımlayabiliriz

-

Sanırım şimdi dördüncü adıma geçebiliriz

-

Bizim iki K+-pozitif yüklü potasyum- iyonumuz var

Bu iyonları aktifleşmiş ya da değişmiş pompalar olarak adlandırabiliriz

Veya bunlara açık form da diyebiliriz

Bu iyonlar buraya gelir ve bağ yaparlar

Böylece bu durum proteinin şeklini tekrar değiştirir ve eski haline dönmesine neden olur

Bu açık haline döner

Şimdi bu protein açık haline dönünce bu adamlar artık burada durmazlar

Fakat buradaki iki adamımız burada oturmaya devam eder

Ve tam şuradaki çukurluklar ki aslında onlar çukurluk değil

-

Aslında onlar büyük protein kümeleri

Evet onlar orada daha fazla bağlı olarak kalmaz

Buradaki potasyumlar hücrenin içine salınırlar

Beşinci adımda, bu pompanın şekli tekrar değişmiştir

Böylece pompamız orijinal haline döner

-

Ve sonra hücre ilk haline döner

Bu iki potasyum iyonu hücrenin içine salınırlar

Bu içerideki sodyum iyonlarının ne işe yaradığını sonraki videolarda göreceğiz

-

Diyebilirsiniz ki, neden bu dışarı atılan şeyleri potansiyel fark yaratmak için orada tutmuyoruz?

-

Fakat ileride göreceğimiz üzere bu sodyum iyonları çok yararlı

-

Peki bizim buradan elde ettiğimiz net kazanç nedir?

Bu yolla dışarıda daha fazla sodyum iyonu elde ettik

Ve içeride daha fazla potasyum iyonu elde ettik

Fakat dediğim gibi içerideki pozitif yükler dışarıdakinden daha az

Ama bunların ikisi de pozitif yük

Daha fazla sodyumum ya da potasyumum olmasını umursamıyorum

Ancak dikkat ettiyseniz burada orandan bahsediyorum

Her zaman bir ATP kullandığımızda 3 sodyum dışarı atarız

Ve sadece 2 potasyum alırız

Her zaman 3 sodyum atar, 2 potasyum alırız

Bu iyonların her birinin yükü +1

Ama bunu her yapışımızda dışarıda +1 yük kalıyor değil mi?

3 dışarı, 2 içeri

Dışarıda net +1 yük kalır

Yani dışarısını daha pozitif yapıyoruz

Bu özellikle içeriyle alakalıdır

Bu şekilde bir potansiyel fark oluşur

Eğer bir voltmetre alırsak

-voltmetre potansiyel farkı ölçer-

Bu noktayla şu nokta arasındaki potansiyel farkı ölçebiliriz

Daha özelleştirirsek, bu noktayla şu nokta arasında bir gerilim -voltaj- ölçebiliriz

Eğer buradaki gerilimi şuradan çıkarırsak

Dinlenme halindeki gerilim -70 milivolttur

-

Hücre zarı ve nöron arasındaki potansiyel fark, bize dinlenme halindeki gerilimi verir

-

Yani bu videoda anlatmaya çalıştığım şey ATP nin üretilişi

Bir hücre ATP yi ve enerjiyi nasıl kullanır, bu şekilde potansiyel farkı nasıl hücre zarı aracılığıyla sürdürür

-

Ki bunu hücre zarının dışını içine göre daha pozitif tutarak yapar

Böylece içeriyle dışarı kıyaslandığında aslında negatif potansiyel enerji elde ederiz

-

Pozitif yüke izin verilseydi içeri girmeyi tercih ederdi

Negatif yük de tam tersi dışarı çıkmak isterdi

-

Şimdi geriye tek bir soru kaldı

Diyebilirsiniz ki, eğer yükleri dışarıda tutmayı başarırsak, gerilim farkı gerçekten negatif olacak

-

Bu içeride daha fazla negatif yük anlamına gelir

Peki bu neden -70 de dengelendi?

Bunlarla ilgili daha ayrıntılı bilgi sonraki videolarda verilecek

Ama bunu sağlamak için başka kanalar da var

Bu da protein yapının açık haldeyken sodyum geçişine izin vermesidir

-

Ve başka kanallar da açık haldeyken potasyum geçişine izin verir

-

Şimdi bunların kapalı haldeki durumlarını çiziyorum

Sonraki videoda bu yapılar açıldığında ne olur bundan bahsedeceğiz

-

Fakat bunlar kapalı haldeyken bile biraz sızıntı olabilir

-

-

Ve eğer burada potasyum konsantrasyonu çok yüksek olursa

Bu yükseklik eşik enerjisine ulaşması demektir

Yani -70 milivolt ya da daha fazla

Sodyum dışarıda çok yüksek konsantrasyona ulaşırsa

Bunların birazı sızmaya başlar

Konsantrasyon gerçekten çok yükseldiğinde

Ki bu elektrik potansiyelden dolayı pozitif yük anlamına gelir

Bu da bazı yüklerin itilmesine neden olur

Bu durum bizi -70 milivolt civarında sabitler

Eğer yüklerin konsantrasyonu düşerse

Bu durumda da biraz potasyum diğer tarafa geçebilir

Yani buralar kapalı bile olsa denge bozulduğunda

Mesela -80 ya da -90 milivolt olduğunda

Aniden her bir kanal sızdırmaya karşı büyük bir istek kazanır

-

Bu da bizim sabit bir gerilim potansiyelinde kalmamızı sağlar

-

Gelecek videoda,uyarılmış bir nöronun gerilim potansiyelinde neler olduğunu göreceğiz

-

-