সোডিয়াম-পটাশিয়াম পাম্প

সোডিয়াম–পটাসিয়াম পাম্প (সোডিয়াম–পটাসিয়াম অ্যাডিনোসিন ট্রাইফসফেটেজ, যা -এটিপেজ, পাম্প, বা সোডিয়াম–পটাসিয়াম এটিপেজ নামেও পরিচিত) হল একটি এনজাইম (একটি তড়িৎউৎপাদী ঝিল্লি অতিক্রমণকারী এটিপেজ) যা সমস্ত প্রাণীকোষের ঝিল্লিতে পাওয়া যায়। এটি কোষীয় শারীরবৃত্তীয় প্রক্রিয়ায় একাধিক ভূমিকা পালন করে।
-এটিপেজ এনজাইমটি সক্রিয়ভাবে কাজ করে (অর্থাৎ এটি এটিপি থেকে শক্তি ব্যবহার করে)। পাম্পটি প্রতিটি এটিপি অণু খরচ করে তিনটি সোডিয়াম আয়ন কোষের বাইরে পাঠায় এবং দুটি পটাসিয়াম আয়ন কোষের ভিতরে প্রবেশ করায়। সুতরাং, প্রতি পাম্প চক্রে একটি ধনাত্মক আধান নিষ্কাশিত হয়। এর ফলস্বরূপ কোষের বাইরের সোডিয়াম আয়নের ঘনত্ব কোষের ভিতরের ঘনত্বের চেয়ে ৫ গুণ বেশি হয় এবং কোষের ভিতরের পটাসিয়াম আয়নের ঘনত্ব বাইরের ঘনত্বের চেয়ে ৩০ গুণ বেশি হয়।
১৯৫৭ সালে ড্যানিশ বিজ্ঞানী জেনস ক্রিশ্চিয়ান স্কু সোডিয়াম–পটাসিয়াম পাম্প আবিষ্কার করেন, যিনি ১৯৯৭ সালে তাঁর এই কাজের জন্য নোবেল পুরস্কার লাভ করেন। আয়ন কীভাবে কোষে প্রবেশ ও প্রস্থান করে তা বোঝার ক্ষেত্রে এই আবিষ্কার একটি গুরুত্বপূর্ণ অগ্রগতি ছিল, বিশেষ করে স্নায়ুকোষের মতো উত্তেজনাশীল কোষগুলির জন্য যারা উদ্দীপনায় সাড়া দিতে ও স্নায়ুস্পন্দন প্রেরণ করতে এই পাম্পের উপর নির্ভরশীল।
সমস্ত স্তন্যপায়ী প্রাণীর দেহে সোডিয়াম পাম্পের চারটি ভিন্ন উপপ্রকার বা আইসোফর্ম বিদ্যমান। প্রতিটির স্বতন্ত্র বৈশিষ্ট্য ও টিস্যুতে প্রকাশের ধরন রয়েছে। এই এনজাইমটি পি-টাইপ এটিপেজ পরিবারের অন্তর্ভুক্ত।
-এটিপেজ বিশ্রাম বিভব বজায় রাখতে, পরিবহন প্রক্রিয়াকে প্রভাবিত করতে এবং কোষের আয়তন নিয়ন্ত্রণে সহায়তা করে। এটি একটি সংকেত রূপান্তরকারী/সমন্বয়কারী হিসাবেও কাজ করে যা MAPK পথ, প্রতিক্রিয়াশীল অক্সিজেন প্রজাতি (ROS), এবং কোষাভ্যন্তরীণ ক্যালসিয়ামের মাত্রা নিয়ন্ত্রণ করে। বস্তুত সকল কোষই কোষপ্লাজমে প্রয়োজনীয় সোডিয়াম ও পটাসিয়ামের ঘনত্ব বজায় রাখতে তাদের উৎপাদিত এটিপির একটি বড় অংশ (স্নায়ুকোষে সাধারণত ৩০% এবং সর্বোচ্চ ৭০%) ব্যয় করে। স্নায়ুকোষের জন্য -এটিপেজ কোষের শক্তি ব্যয়ের ৩/৪ ভাগের জন্য দায়ী হতে পারে। অনেক ধরনের টিস্যুতে, -এটিপেজ দ্বারা এটিপি খরচ গ্লাইকোলাইসিসের সাথে সম্পর্কিত। এটি প্রথমে লোহিত রক্তকণিকায় (শ্রিয়ার, ১৯৬৬) আবিষ্কৃত হয়েছিল, কিন্তু পরবর্তীতে বৃক্কীয় কোষ, রক্তনালীকে ঘিরে থাকা মসৃণ পেশী, এবং হৃৎপেশীর পারকিঞ্জ কোষে এর প্রমাণ পাওয়া গেছে। সম্প্রতি দেখা গেছে যে কঙ্কালতন্ত্রের পেশীতে -এটিপেজের জন্য গ্লাইকোলাইসিস বিশেষভাবে গুরুত্বপূর্ণ, যেখানে গ্লাইকোজেন ভাঙন (গ্লাইকোলাইসিসের জন্য একটি প্রারম্ভিক পদার্থ) বাধাপ্রাপ্ত হলে -এটিপেজের কার্যকলাপ হ্রাস পায় এবং পেশী সংকোচনের শক্তি কমে যায়।
কোষের ঝিল্লি বিভব বজায় রাখার জন্য কোষগুলি কোষের ভিতরে (কোষপ্লাজমে) সোডিয়াম আয়নের নিম্ন ঘনত্ব এবং পটাসিয়াম আয়নের উচ্চ মাত্রা বজায় রাখে। সোডিয়াম–পটাসিয়াম পাম্প প্রক্রিয়াটি তিনটি সোডিয়াম আয়ন বহিষ্কার করে এবং দুটি পটাসিয়াম আয়ন আমদানি করে, ফলে কোষের ভিতর থেকে একটি ধনাত্মক আধান নিষ্কাশিত হয় (বিস্তারিত জানার জন্য দেখুন)। উপরন্তু, ঝিল্লিতে পটাসিয়ামের জন্য একটি উচ্চ ভেদ্যতা সম্পন্ন আয়ন চ্যানেল (শর্ট-সার্কিট চ্যানেল) বিদ্যমান থাকায় প্লাজমা ঝিল্লির বিভব পটাসিয়ামের নার্নস্ট বিভবের কাছাকাছি থাকে।
যদিও এবং উভয় আয়নেরই একই ধরনের আধান বিদ্যমান, তবুও কোষের ভিতরে ও বাইরের ঘনত্বের ভিত্তিতে এদের ভারসাম্য বিভব ভিন্ন হতে পারে। সোডিয়াম-পটাসিয়াম পাম্প কোষের ভিতরে ও বাইরে এবং এর আপেক্ষিক ঘনত্বের ভারসাম্যহীন অবস্থার দিকে কাজ করে। উদাহরণস্বরূপ, কোষপ্লাজমে এর ঘনত্ব ১০০ মিলিমোলার (mM), অন্যদিকে এর ঘনত্ব ১০ mM। পক্ষান্তরে, কোষের বাইরের স্থানে এর স্বাভাবিক ঘনত্ব প্রায় ৩.৫-৫ mM, এবং এর ঘনত্ব প্রায় ১৩৫-১৪৫ mM।
কোষ থেকে সোডিয়াম আয়নের বহিষ্কার ঝিল্লি পরিবহন প্রোটিনের মতো একাধিক গৌণ সক্রিয় পরিবাহকের জন্য চালিকা শক্তি সরবরাহ করে, যারা সোডিয়াম আয়নের ঢালকে কাজে লাগিয়ে গ্লুকোজ, অ্যামিনো অ্যাসিড ও অন্যান্য পুষ্টি পদার্থ কোষের ভিতরে নিয়ে আসে।
- পাম্পের আরেকটি গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা হল এর একটি ঢাল তৈরি করা যা নির্দিষ্ট কিছু বাহক প্রক্রিয়া দ্বারা ব্যবহৃত হয়। উদাহরণস্বরূপ, অন্ত্রে রক্তের দিকে (অন্তঃকোষীয় তরলের দিকে) পুনরশোষণকারী কোষ থেকে সোডিয়াম - পাম্পের মাধ্যমে বের করে দেওয়া হয়, অন্যদিকে শোষণকারী (অন্ত্রের গহ্বরের) দিকে -গ্লুকোজ সহপরিবাহী তৈরি ঢালকে শক্তির উৎস হিসাবে ব্যবহার করে ও গ্লুকোজ উভয়ই আমদানি করে, যা সরল ব্যাপনের চেয়ে অনেক বেশি দক্ষ। অনুরূপ প্রক্রিয়া বৃক্কীয় নালিকা ব্যবস্থায়ও ঘটে।
- পাম্পের ব্যর্থতা কোষের ফুলে যাওয়ার কারণ হতে পারে। একটি কোষের অস্মোলারিটি হল কোষের ভিতরের বিভিন্ন আয়ন প্রজাতি এবং অনেক প্রোটিন ও অন্যান্য জৈব যৌগের ঘনত্বের সমষ্টি। কোষের বাইরের অস্মোলারিটির চেয়ে এটি বেশি হলে, অভিস্রবণের মাধ্যমে জল কোষের ভিতরে প্রবাহিত হয়। এর ফলে কোষ ফুলে যেতে পারে এবং বিদীর্ণ হতে পারে। - পাম্প আয়নগুলির সঠিক ঘনত্ব বজায় রাখতে সহায়তা করে। তাছাড়া, কোষ ফুলতে শুরু করলে এটি স্বয়ংক্রিয়ভাবে - পাম্পকে সক্রিয় করে, কারণ এটি - এর অভ্যন্তরীণ ঘনত্বকে এমনভাবে পরিবর্তন করে যা পাম্পের সংবেদনশীলতার সাথে সম্পর্কিত।
গত দশকে একাধিক স্বাধীন গবেষণাগারে প্রদর্শিত হয়েছে যে, শাস্ত্রীয় আয়ন পরিবহন ছাড়াও এই ঝিল্লি প্রোটিন প্রোটিন টাইরোসিন ফসফোরাইলেশন নিয়ন্ত্রণের মাধ্যমে কোষের ভিতরে ওয়াবাইন-সংযুক্ত বহিঃকোষীয় সংকেত প্রেরণ করতে পারে। উদাহরণস্বরূপ, একটি গবেষণা স্থলজ শামুক "Otala lactea"-এর পেশী ও যকৃৎ-অগ্ন্যাশয়ে -এটিপেজের কার্যকারিতা সক্রিয় ও নিষ্ক্রিয় অবস্থার তুলনা করে পরীক্ষা করে। গবেষকরা উপসংহারে পৌঁছান যে বিপরীতমুখী ফসফোরাইলেশন নিষ্ক্রিয় "O. lactea"-তে বিপাকীয় পথে এটিপি উৎপাদনের হারের সাথে এই আয়ন পাম্পের এটিপি ব্যবহারের সমন্বয় সাধন করতে পারে। ওয়াবাইন-সক্রিয় প্রোটিন ফসফোরাইলেশন ঘটনার মধ্য দিয়ে প্রেরিত সংকেতের মধ্যে রয়েছে মাইটোজেন-সক্রিয় প্রোটিন কাইনেজ (MAPK) সংকেত সিডির সক্রিয়করণ, মাইটোকন্ড্রিয়াল প্রতিক্রিয়াশীল অক্সিজেন প্রজাতি (ROS) উৎপাদন, এবং ফসফোলিপেজ সি (PLC) ও ইনোসিটল ট্রাইফসফেট (IP3) রিসেপ্টারের (IP3R) সক্রিয়করণ।
প্রোটিন-প্রোটিন মিথস্ক্রিয়া - পাম্প-মধ্যস্থ সংকেত প্রেরণে অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে। উদাহরণস্বরূপ, - পাম্প Src নামক একটি অ-গ্রাহক টাইরোসিন কাইনেজের সাথে সরাসরি যোগাযোগ করে একটি সংকেত গ্রাহক জটিল গঠন করে। প্রাথমিকভাবে Src কাইনেজ - পাম্প দ্বারা নিষ্ক্রিয় থাকে। কিন্তু পরবর্তীতে ওয়াবাইন সংযুক্ত হলে Src কাইনেজ ডোমেইন মুক্ত হয়ে সক্রিয় হয়। এই দৃশ্যকল্পের ভিত্তিতে, - পাম্প থেকে উদ্ভূত একটি পেপটাইড Src প্রতিরোধক NaKtide তৈরি করা হয়েছিল, যা ওয়াবাইন–- পাম্প-মধ্যস্থ সংকেত প্রেরণকে কার্যকরভাবে বাধা দেয়। - পাম্প অ্যাঙ্কাইরিন, IP3R, PI3K, PLCgamma1 এবং কোফিলিনের সাথেও মিথস্ক্রিয়া করে।
- পাম্প সেরিবেলার পারকিঞ্জ স্নায়ুকোষের, সহায়ক ঘ্রাণবহুলবের মাইট্রাল কোষ, এবং সম্ভবত অন্যান্য ধরনের স্নায়ুকোষের স্বকীয় কার্যকলাপের ধরন নির্ধারণ ও নিয়ন্ত্রণ করতে দেখা গেছে। এটি ইঙ্গিত দেয় যে এই পাম্পটি কেবল আয়নিক ঢাল বজায় রাখার একটি সমভাবাপন্ন "গৃহস্থালি" অণু নয়, বরং সেরিবেলাম ও মস্তিষ্কে একটি গণনামূলক উপাদান হিসাবে কাজ করতে পারে। প্রকৃতপক্ষে, - পাম্পের একটি উত্পরিবর্তন দ্রুত সূত্রপাত ডিস্টোনিয়া-পারকিনসনিজম সৃষ্টি করে, যার লক্ষণগুলি ইঙ্গিত করে যে এটি সেরিবেলার গণনামূলক প্রক্রিয়ার একটি রোগ। তদ্ব্যতীত, জীবন্ত ইঁদুরের সেরিবেলামে - পাম্পকে ওয়াবাইন দ্বারা বাধা দিলে তা অঙ্গবিক্ষেপ ও ডিস্টোনিয়া সৃষ্টি করে। অ্যালকোহল সেরিবেলামে সোডিয়াম–পটাসিয়াম পাম্পকে বাধা দেয় এবং সম্ভবত এইভাবেই এটি সেরিবেলার গণনামূলক প্রক্রিয়াকে বিকৃত করে দেহের সমন্বয় নষ্ট করে। মানুষের মস্তিষ্কের মায়েলিনযুক্ত স্নায়ুতন্তুতে - পাম্পের বণ্টন ইন্টারনোডাল অ্যাক্সোলেমা বরাবর পাওয়া গেছে, যা আগে ভাবা নোডাল অ্যাক্সোলেমায় ছিল না। - পাম্পের কার্যকারিতাহীনতা মৃগী ও মস্তিষ্কের বিকৃতির মতো বিভিন্ন রোগের সাথে যুক্ত।
কোষের অভ্যন্তর থেকে প্রক্রিয়াটি পর্যবেক্ষণ করলে:
-এটিপেজ cAMP দ্বারা ক্রিয়াশীল হয়। সুতরাং cAMP বৃদ্ধি করে এমন পদার্থ -এটিপেজকে সক্রিয় করে। এর মধ্যে রয়েছে G-সংশ্লিষ্ট জিপিসিআর-এর লিগ্যান্ডগুলি। বিপরীতভাবে, cAMP হ্রাস করে এমন পদার্থ -এটিপেজের কার্যকলাপ কমায়। এর মধ্যে রয়েছে G-সংশ্লিষ্ট জিপিসিআর-এর লিগ্যান্ডগুলি। নোট: প্রাথমিক গবেষণাগুলি "বিপরীত" প্রভাব দেখিয়েছিল, কিন্তু পরে অতিরিক্ত জটিলতার কারণে সেগুলো ভুল বলে প্রমাণিত হয়। 
-এটিপেজ অন্তঃসত্ত্বভাবে ইনোসিটল পাইরোফসফেট ৫-ইনসিপি দ্বারা নেতিবাচকভাবে নিয়ন্ত্রিত হয়, যা একটি অন্তঃকোষীয় সংকেত অণু আইপি৬কে১ দ্বারা উৎপন্ন হয়। এটি পিআই৩কে p85α এর একটি স্ব-প্রতিরোধী ডোমেনকে মুক্ত করে এন্ডোসাইটোসিস ও ধ্বংসের সূচনা করে।
-এটিপেজ বিপরীতমুখী ফসফরাইলেশন দ্বারাও নিয়ন্ত্রিত হয়। গবেষণায় দেখা গেছে যে নিষ্ক্রিয় প্রাণীদের মধ্যে -এটিপেজ ফসফরাইলেটেড ও নিম্নক্রিয় অবস্থায় থাকে। ডিফসফরাইলেশন এটিকে উচ্চক্রিয় অবস্থায় ফিরিয়ে আনতে পারে।
-এটিপেজ ফার্মাকোলজিক্যালি বহিঃসত্ত্বভাবে ওষুধ প্রয়োগ করে নিয়ন্ত্রণ করা যায়। ট্রাইআইয়োডোথাইরোনিনের মতো হরমোনের মাধ্যমেও এর প্রকাশ নিয়ন্ত্রিত হয়।
উদাহরণস্বরূপ, হৃৎপিণ্ডের কোষের ঝিল্লিতে পাওয়া -এটিপেজ হৃদ গ্লাইকোসাইডের (যেমন ডিজোক্সিন ও ওয়াবাইন) একটি গুরুত্বপূর্ণ লক্ষ্যবস্তু, যা ইনোট্রপিক ওষুধ হিসাবে হৃৎপিণ্ডের সংকোচন শক্তি বাড়িয়ে এর কার্যকারিতা উন্নত করে।
পেশী সংকোচন বিশ্রামের তুলনায় ১০০ থেকে ১০,০০০ গুণ বেশি কোষাভ্যন্তরীণ ঘনত্বের উপর নির্ভরশীল, যা পেশীকোষের সারকোপ্লাজমিক জালিকা থেকে মুক্তির কারণে ঘটে। পেশী সংকোচনের অব্যবহিত পরে কোষাভ্যন্তরীণ ঝিল্লিতে অবস্থিত একটি বাহক এনজাইম এবং সারকোপ্লাজমিক জালিকায় একটি ক্যালসিয়াম পাম্পের মাধ্যমে দ্রুত স্বাভাবিক ঘনত্বে ফিরে আসে, যার ফলে পেশী শিথিল হয়।
ব্লাউস্টাইন-অনুমান অনুসারে, এই বাহক এনজাইম ( বিনিময়কারী, এনসিএক্স) - পাম্প দ্বারা সৃষ্ট সোডিয়ামের ঢাল ব্যবহার করে কে পেশী কোষ থেকে সরিয়ে দেয়। তাই - পাম্পকে ধীর করলে স্থায়ীভাবে উচ্চতর মাত্রা দেখা দেয়, যা ডিজিটালিসের মতো হৃদ গ্লাইকোসাইডের দীর্ঘমেয়াদী ইনোট্রপিক প্রভাবের কারণ হতে পারে। তবে এই অনুমানের একটি সমস্যা হল ডিজিটালিসের ঔষধি মাত্রায় Na/K-ATPase অণুর ৫%-এরও কম—বিশেষ করে হৃৎপিণ্ড ও ধমনীর মসৃণ পেশীতে α2 আইসোফর্ম ("K" = 32 nM)—বাধাপ্রাপ্ত হয়, যা এর কোষাভ্যন্তরীণ ঘনত্বকে প্রভাবিত করার পক্ষে অপ্রতুল।
হৃদরোগের মতো কিছু অবস্থায় -এটিপেজকে ঔষধের মাধ্যমে বাধা দেওয়ার প্রয়োজন হতে পারে। হৃদরোগের চিকিৎসায় ব্যবহৃত একটি সাধারণ প্রতিবন্ধক হল ডিজোক্সিন (একটি হৃদ গ্লাইকোসাইড) যা "ফসফরাইলেটেড অবস্থায় পটাসিয়ামকে আবদ্ধকারী এনজাইমের বহিঃকোষীয় অংশের সাথে" সংযুক্ত হয়। এই আবদ্ধ হওয়ার পর আলফা উপএককের ডিফসফরাইলেশন ঘটে যা হৃদরোগের প্রভাব কমায়। -এটিপেজ বাধা দেওয়ার ফলে কোষের ভিতরে সোডিয়ামের মাত্রা বাড়তে শুরু করে, যা শেষ পর্যন্ত সোডিয়াম-ক্যালসিয়াম বিনিময়কারীর মাধ্যমে কোষাভ্যন্তরীণ ক্যালসিয়ামের ঘনত্ব বাড়ায়। ক্যালসিয়ামের এই বর্ধিত উপস্থিতি সংকোচনের শক্তি বাড়ানোর অনুমতি দেয়। যে রোগীদের হৃৎপিণ্ড শরীরের চাহিদা মেটানোর জন্য পর্যাপ্ত শক্তিশালী নয়, তাদের ক্ষেত্রে ডিজোক্সিন অস্থায়ীভাবে এই সমস্যা কাটিয়ে উঠতে সাহায্য করে।
-এটিপেজ জেনস ক্রিশ্চিয়ান স্কু দ্বারা ১৯৫৭ সালে প্রস্তাবিত হয়েছিল, যখন তিনি অরহুস বিশ্ববিদ্যালয়ের শারীরবৃত্তীয় বিভাগে সহকারী অধ্যাপক হিসেবে কর্মরত ছিলেন। তিনি সেই বছরই তাঁর গবেষণা প্রকাশ করেছিলেন। ১৯৯৭ সালে "একটি আয়ন-পরিবহনকারী এনজাইম, -এটিপেজ-এর প্রথম আবিষ্কারের জন্য" তিনি রসায়নে নোবেল পুরস্কারের অর্ধেক ভাগ পান।
 ATP1B1, ATP1B2, এবং ATP1B3-এর সাথে ঘনিষ্ঠভাবে সম্পর্কিত হওয়া সত্ত্বেও -এটিপেজের বিটা উপএকক হিসাবে এর কার্যকারিতা হারিয়েছে।
কয়েকটি গবেষণায় নেএ/কে-এটিপেজের (ATP1A) আলফা-উপএকক জিন পরিবারের কার্ডিওটোনিক স্টেরয়েড প্রতিরোধের বিবর্তন বিশদভাবে বর্ণনা করা হয়েছে, যা প্রায়শই প্রথম বহিঃকোষীয় লুপ ডোমেইনে অবস্থিত অ্যামিনো অ্যাসিড প্রতিস্থাপনের মাধ্যমে ঘটে। কার্ডিওটোনিক স্টেরয়েড প্রতিরোধ প্রদানকারী অ্যামিনো অ্যাসিড প্রতিস্থাপনগুলি সমস্ত প্রধান টেট্রাপড গোষ্ঠীতে স্বাধীনভাবে বহুবার বিবর্তিত হয়েছে। ATP1A1 কিছু ব্যাঙের গোষ্ঠীতে প্রতিলিপি করা হয়েছে এবং নব-কার্যকরী প্রতিলিপিগুলি ইঁদুর, ইঁদুর ও অন্যান্য মুরয়েডে পাওয়া Q111R ও N122D প্রতিস্থাপনের অনুরূপ কার্ডিওটোনিক স্টেরয়েড প্রতিরোধী প্রতিস্থাপন বহন করে।
"Drosophila melanogaster"-এ -এটিপেজের আলফা-উপএককের দুটি সমগোত্রীয় জিন রয়েছে, ATPα (ATPα1) এবং JYalpha (ATPα2), যা পতঙ্গে একটি প্রাচীন প্রতিলিপি থেকে উদ্ভূত হয়েছে। ড্রোসোফিলায় ATPα1 সর্বব্যাপী এবং উচ্চমাত্রায় প্রকাশিত হয়, অন্যদিকে ATPα2 পুরুষের শুক্রাশয়ে সর্বাধিক প্রকাশিত হয় এবং পুরুষের প্রজনন ক্ষমতার জন্য অপরিহার্য। অন্যান্য পতঙ্গেও ATPα2-এর নিম্ন প্রকাশ দেখা গেছে। কার্ডেনোলাইড ও বুফাডিয়েনোলাইডের মতো কার্ডিওটোনিক স্টেরয়েড বিষের সাথে খাপ খাইয়ে নেওয়া পতঙ্গদের মধ্যে ATPα1-এর প্রতিলিপি ও নব-কার্যকারিতা লক্ষ্য করা গেছে। কার্ডিওটোনিক স্টেরয়েড-অভিযোজিত পতঙ্গগুলি সাধারণত ATPα1-এর প্রথম বহিঃকোষীয় লুপে একাধিক অ্যামিনো অ্যাসিড প্রতিস্থাপন বহন করে, যা কার্ডিওটোনিক স্টেরয়েডের বাধাদান প্রতিরোধ প্রদান করে।