Kalij u biologiji

[thumb|200x200px| [Natrij-kalijeva pumpa, ključni enzim za regulaciju nivoa natrija i **kalija** u ćelijama]]
Natrijevi ioni () su neophodni u malim količinama za neke vrste biljaka, ali natrij kao nutrijent je općenito potreban u većim količinama Zdravstveni efekti soli odražavaju šta se dešava kada tijelo ima previše ili premalo natrija.
Karakteristične koncentracije natrija u modelnim organizmima su: 10&nbsp;mM u *E. coli*, 30&nbsp;mM u pupajućim kvascima, 10&nbsp;mM u sisarkim ćelijama i100&nbsp;mM u krvnoj plzmi  znojenje zbog fizičke aktivnosti i da li je osoba prilagođena klimi Osim toga, natrijevi ioni su neophodni za nekoliko ćelijskih procesa. Oni su odgovorni za ko-transport glukoze u simportu natrij-glukoza, koriste se za održavanje polarnosti membrane uz pomoć natrij-kalij pumpe i upareni su s vodom kako bi razrijedili sluz u lumenu disajnih puteva kada aktivni transportni receptor cistaste fibroze premješta hloridne ione u disajne puteve.  Natrij-hlorid je glavni izvor natrija u ishrani i koristi se kao začin i konzervans, kao što je za kiseljenje i sušeno meso; većina dolazi iz prerađene hrane. Adekvatan unos za natrij je 1,2 prema 1.5&nbsp;g dnevno, ali u prosjeku ljudi u Sjedinjenim Državama konzumiraju 3,4 grama dnevno, minimalna količina koja podstiče hipertenziju. Imajte na umu da sol sadrži oko 39,3% natrija po masi ostatak je hlor i druge hemikalije u tragovima; stoga bi Tolerantna gornja granica unosa od 2,3 g natrija bila oko 5,9 g soli - oko 1 kašičica. Prosječna dnevna ekskrecija natrija je između 40 i 220 mEq.
Normalni nivoi natrija u serumu su između približno 135 i 145 mEq/L (135 do 145&nbsp;mmol/L). Nivo natrija u serumu manji od 135 mEq/L kvalifikuje se kao hiponatremija, koja se smatra teškom kada je nivo natrija u serumu ispod 125 mEq/L.

Renin-angiotenzinski sistem i atrijski natriuretski peptid indirektno regulišu količinu signalne transdukcije u ljudskom centralnom nervnom sistemu, što zavisi od kretanja natrijevih jona preko membrane nervnih ćelija, u svim nervima. Natrij je stoga važan u funkciji neurona i osmoregulaciji između ćelija i ekstraćelijske tečnosti; distribucija natrijevih iona je posredovana kod svih životinja Na+/K+-natrij-kalijskim pumpama, koje su aktivni transporteri pumpe za rastvorene supstance, pumpajući jone protiv gradijenta, i natrij-kalijski kanali. Poznato je da su natrijumski kanali manje selektivni u poređenju sa kalijskim kanalima. Natrij je najistaknutiji kation u vanćelijskoj tečnosti: u 15 L te tečnosti kod osobe od 70&nbsp;kg nalazi se oko 50 grama natrija, što je 90% ukupnog sadržaja natrija u tijelu.

Neki potentni neurotoksini, poput batrahotoksina, povećavaju permeabilnost natrijskih iona kroz ćelijske membrane u nervima i mišićima, uzrokujući masivnu i nepovratnu depolarizaciju membrana sa potencijalno fatalnim posljedicama. Međutim, lijekovi sa manjim efektima na kretanje natrijskih iona u nervima mogu imati različite farmakološke efekte koji se kreću od antidepresivnih do antiepilepsijskih djelovanja.

### Ostale životinje
Budući da samo neke biljke trebaju natrij, i to u malim količinama, potpuno biljna ishrana će uglavnom biti vrlo siromašna natrijem. To zahtijeva od nekih biljojeda da dobiju natrij iz solnih lizanja i drugih mineralnih izvora. Potreba životinja za natrijem je vjerovatno razlog za visoko očuvanu sposobnost da okuse natrijev ion kao "slani". Receptori za čisti slani okus najbolje reaguju na natrij; inače, receptori reaguju samo na nekoliko drugih malih monovalentnih kationa (,  i donekle na ). kalcijski ion (Ca2+) također ima slan, a ponekad i gorak okus za neke ljude, ali, kao i kalij, može izazvati i druge okuse.

Natrijevi ioni imaju raznoliku i važnu ulogu u mnogim fiziološkim procesima, djelujući na regulaciju volumena krvi, krvnog pritiska, osmotske ravnoteže i pH.

### Biljke 
Kod C4 biljaka, natrij je mikronutrijent koji pomaže u metabolizmu, posebno u regeneraciji fosfoenolpiruvata (uključene u biosintezu različitih aromatskih spojeva i u fiksaciju ugljika) i sintezu hlorofila. U drugim slučajevima, on zamjenjuje kalij u nekoliko uloga, kao što su održavanje turgora i pomaganje u otvaranju i zatvaranju stoma. Višak natrija u tlu ograničava unos vode zbog smanjenog vodnog potencijala, što može rezultirati uvenućem; slične koncentracije u citoplazmi mogu dovesti do inhibicije enzima, što zauzvrat uzrokuje nekrozu i hlorozu. Da bi izbjegle ove probleme, biljke su razvile mehanizme koji ograničavaju unos natrija preko  korijena, skladište ga u ćelijskim vakuolama i kontrolišu ga na velikim udaljenostima; višak natrija se može skladištiti i u starom biljnom tkivu, ograničavajući oštećenje novog rasta. Iako tek treba utvrditi koliko se višak natrija unosi u ksilem. Međutim, antiporter CHX21 može se pripisati aktivnom unošenju natrija u ksilem.

## Ravnoteža natrija i vode 
Natrij je primarni kation (pozitivno naelektrisani ion) u ekstracelularnim tečnostima kod životinja i ljudi. Ove tečnosti, kao što su krvna plazma i  vanćelijske tečnosti u drugim tkivima, kupaju ćelije i obavljaju transportne funkcije za hranjive materije i otpadne materije. Natrij je također glavni kation u morskoj vodi, iako je koncentracija tamo oko 3,8 puta veća nego što je normalno u vanćelijskim tjelesnim tečnostima.

### Ravnoteža natrija i vode kod ljudi 
Iako je sistem za održavanje optimalne ravnoteže soli i vode u tijelu složen, jedan od primarnih načina na koji ljudsko tijelo prati gubitak tjelesne vode je taj što osmoreceptori u hipotalamusu osjećaju ravnotežu koncentracije natrija i vode u vaim tekućina u vannćelijskim tekućinama. Relativni gubitak tjelesne vode uzrokovat će porast koncentracije natrija više od normalne, stanje poznato kao hipernatremija. To obično rezultira žeđi. Suprotno tome, višak tjelesne vode uzrokovan pijenjem rezultirat će premalom količinom natrija u krvi (hiponatremija), stanje koje ponovo osjeća hipotalamus, uzrokujući smanjenje lučenja hormona vazopresina iz stražnjeg režnja hipofize i posljedični gubitak vode u urinu, što djeluje na vraćanje koncentracije natrija u krvi u normalu.
Teško dehidrirane osobe, poput osoba spašenih iz situacija preživljavanja u okeanu ili pustinji, obično imaju vrlo visoke koncentracije natrija u krvi. Ovo se mora vrlo pažljivo i polahko vratiti u normalu, jer prebrza korekcija hipernatremije može rezultirati oštećenjem mozga usljed oticanja ćelija, jer voda naglo prelazi u ćelije sa visokim osmolarnim sadržajem.
Kod ljudi je dokazano da visok unos soli smanjuje proizvodnju dušik-oksida. ]Dušik- oksid (NO) doprinosi homeostazi krvnih sudova, inhibirajući kontrakciju i rast glatkih mišića krvnih sudova, agregaciju trombocita i adheziju leukocita na endotel.

### Natrij u urinu
Budući da sistem hipotalamus/osmoreceptor obično dobro funkcionira kako bi potaknuo pijenje ili mokrenje kako bi se koncentracija natrija u tijelu vratila u normalu, ovaj sistem se može koristiti u medicinskom tretmanu za regulaciju ukupnog sadržaja tekućine u tijelu, prvo kontrolirajući sadržaj natrija u tijelu. Dakle, kada se da snažan diuretik lijek koji uzrokuje izlučivanje natrija iz bubrega, učinak je praćen izlučivanjem vode iz tijela (gubitak vode prati gubitak natrija). To se događa jer bubrezi nisu u stanju efikasno zadržati vodu dok izlučuju velike količine natrija. Osim toga, nakon izlučivanja natrija, sistem osmoreceptora može osjetiti sniženu koncentraciju natrija u krvi, a zatim usmjeriti kompenzacijski gubitak vode urinom kako bi se ispravilo stanje hiponatremije (nizak nivo natrija u krvi).

## Natrij na ćelijskom nivou 
### Natrij-kalij pumpa 
thumb|Ovdje je ručno nacrtan prikaz membranski vezane natrijum-kalium pumpe, a mogu se vidjeti ionski kanali natrijuma i kalijuma, zajedno sa usmjerenim kretanjem iona naznačenim strelicama.
Natrij-kalijeva pumpa radi sa kanalima za curenje natrija i kalija, kako bi održala membranski potencijal između ćelije i vanćelijskog prostora. Natrij se kreće niz gradijent koncentracije iz citosola u vanćelijski matriks. Kalij se kreće niz gradijent koncentracije iz vanćelijskog matriksa u citosol. Da bi se održao membranski potencijal, natrij-kalijska pumpa djeluje kao oblik direktnog aktivnog transporta, gdje hidroliza ATP-a u ADP i neorganski fosfat  na P-tipu ATPaza vraća tri kalijska iona iz ćelije i dva natrijska iona u ćeliju.

Natrij-kalijska pumpa ima veliku ulogu u neuronskoj signalizaciji zbog održavanja potencijala ćelijske membrane. To stvara akcijski potencijal koji uzrokuje polarizaciju i depolarizaciju membrana neurona, otvaranjem i zatvaranjem naponski kontroliranih kanala: ovo mijenja naponski potencijal i dovodi do lučenja neurotransmitera i konačno prijenosa signala.

Kada pumpa ne funkcionira, pacijenti su podložni bolestima poput zatajenja srca i hronične opstruktivne bolesti pluća (COLD). Oni koji su iskusili zatajenje srca imali su u prosjeku 40% nižu koncentraciju natrij-kalijske ATPaze. Ovaj nedostatak polarizacije membrane dovodi do nemogućnosti širenja akcijskih potencijala uobičajenom brzinom, što dovodi do smanjenog broja otkucaja srca i potencijalno do zatajenja srca. Kod dijagnoza  COLD-a, većina pacijenata sa smanjenom količinom magnezija i kalija također je imala smanjenu koncentraciju natrij-kalijeve pumpe u skeletnim i glatkim mišićima tokom respiratorne insuficijencije. COLD se može kratkoročno liječiti glukokortikoidima koji pojačavaju natriju-kalijevu pumpu, pomažući u podršci izdržljivosti mišića i povećanju mišićne aktivnosti tokom ovih epizoda respiratorne insuficijencije.

### Simporter natrij- glukoza 
[thumb|Simporter natrija i glukoze se inicijalno otvara prema [vanćelijski matriks|vanćelijskom matriksu. ]Nakon što se dva iona natrija i glukoza vežu, konformacija se zatvara prema vanćelijskom matriksu i otvara prema [[citosol]u gdje se oslobađaju natrij i glukoza. Potvrda simportera se zatim vraća na početnu potvrdu.]]
U simporteru natrija i glukoze, natrij se pomiče niz svoj gradijent koncentracije kako bi pomicao glukozu uz svoj gradijent koncentracije. Natrij ima veću koncentraciju izvan ćelije i veže se za simporter, koji je u svojoj konformaciji okrenutoj prema van. Nakon što se natrijum veže, glukoza se može vezati iz vanćelijskog prostora, uzrokujući da se simporter prebaci u okludiranu formaciju (zatvoren) prije nego što se otvori prema unutrašnjosti ćelije i oslobodi dva iona natrija i jednu molekulu glukoze. Nakon što se oba oslobode, simporter se preusmjerava prema van i proces počinje ispočetka.
### Uloga natrija u regulatoru transporta cistaste fibroze (CFTR) 
thumb| Na slici lijevo je prikazan funkcionalni CFTR gdje se ioni mogu kretati kroz ćelije i sluz se razrjeđuje. Na desnoj strani je nefunkcionalni CFTR koji sprječava kretanje iona i uzrokuje gušću sluz u lumenu disajnih puteva.
Regulator transporta cistične fibroze (CFTR) djeluje tako što veže dva ATP-a na A1 i A2, ATP-vezujući domen. Ovo otvara CFTR kanal i omogućava hloridnim ionima da teku u pluća i lumen disajnih puteva. Ovaj priliv negativno nabijenih hloridnih iona u lumen disajnih puteva uzrokuje da se natrijum kreće u lumen disajnih puteva kako bi se uravnotežio negativni naboj. Voda zatim ulazi sa natrijumom kako bi uravnotežila osmotski pritisak i na kraju dovodi do razrjeđivanja sluzi. U slučajevima cistične fibroze, CFTR je defektan i veže samo jedan ATP, što dovodi do toga da se kanal ne otvori i sprječava difuziju hloridnih iona u lumen disajnih puteva. Budući da hloridni ioni ne mogu difundirati, nema kretanja natrija u lumen disajnih puteva, niti potrebe za vodom da se kreće u lumen, što dovodi do guste sluzi koja začepljuje i inficira lumen disajnih puteva.

## Također pogledajte
* Biologija i farmakologija hemijskih elemenata
* Akcijski potencijal
* Kalcij u biologiji
* Jod u biologiji
* Magnezij u biologiji
* Membranski potencijal
* Kalij u biologiji
*Selen u biologiji

## Reference 
## Vanjski linkovi
* Brooks/Cole publishers – Sodium Potassium pump
* Oregon State University – Micronutrient Information Center

Kalij u biologiji
Kalij u biologiji
Kalij u biologiji
Kalij u biologiji
Biologija