Funkcije

Funkcije kalija su:

  • održavanje membranskog potencijala
  • održavanje osmotskog tlaka
  • regulacija kiselinsko-bazne ravnoteže

Održavanje membranskog potencijala

Oko membrane, tj. izvan stanice, više je pozitivnih, a manje negativnih iona, dok je u unutrašnjosti stanice više negativnih, a manje pozitivnih iona. U slučaju kalija, citoplazma sadrži puno veću koncentraciju kalija u odnosu na izvanstanični (ekstracelularni) prostor, što se naziva koncentracijskim gradijentom. Zbog navedenog i prema pravilu difuzije, kalij ima sklonost izlaziti iz stanice u izvanstanični prostor, ne bi li se izjednačila koncentracija između unutrašnjosti stanice i izvanstaničnog prostora. S obzirom da je kalij pozitivno nabijen ion, on nosi sa sobom pozitivan naboj i izvanstanični prostor njegovim izlaskom iz stanice postaje pozitivno nabijen, a citoplazma negativna, upravo zbog nepropusnosti membrane na anione i posljedično njihovog ostanka u njoj. Međutim, zbog odbijanja pozitvnih naboja, pozitivan naboj izvanstaničnog prostora započinje se suprotstavljati izlasku kalija izvan stanice, a sila odbijanja postaje sve jača povećanjem pozitivnosti izvanstaničnog prostora. U određenom trenutku sila odbijanja izlaska kalija postaje jednaka sili koja potiče izlazak kalija iz stanice (koncentracijski gradijent), čime se uspostavlja ravnoteža.

Kalij je glavni pozitivno nabijeni ion (kation) unutar stanice, dok je natrij glavni kation izvan stanice. Naime, koncentracije kalija unutar stanice su 30 puta veće nego koncentracije izvan stanice, dok su koncentracije natrija 10 puta manje unutar stanice nego izvan nje. Razlike u koncentraciji kalija i natrija uzduž membrane tvore elektrokemijski gradijent koji se nazivamembranskim potencijalom. Membranski se potencijal održava ionskim pumpama na staničnoj membrani, posebno natrij-kalij pumpom. Natrij-kalij pumpa je zapravo enzim koji koristi energiju hidrolize ATP-a za prijenos natrija izvan stanice u zamjenu za kalij. Naziva se i elektrogenom crpkom, jer izbacuje više pozitivnih naboja izvan stanice nego što ih prenosi unutar nje. Naime, za svaka tri natrijeva iona prenešena izvan stanice, dva kalijeva iona se prenose unutar stanice, stvarajući negativni naboj s unutarnje strane membrane. Dakle, kalij se aktivno unosi u stanicu, suprotno koncentracijskom gradijentu, a u stanju mirovanja membrana je polarizirana, tj. njena unutrašnjost je negativno nabijena. Potrebno je reći da je propusnost membrane u stanju mirovanja puno veća za kalij nego za natrij.

Depolarizacija membrane izaziva živčani impuls. Točnije, membrana postaje jako propusna za natrijeve ione, a pozitivan naboj u stanici uzrokuje zatvaranje natrijevih kanala. Tada se otvaraju kalijevi kanali i kalij izlazi iz stanice, čime se membrana vraća u stanje mirovanja, tj. stvara se normalan negativni membranski potencijal mirovanja, a navedeni se proces nazivarepolarizacijom. Ionski kanali su zapravo proteinske pore koji se protežu kroz cijelu staničnu membranu i povezuju citoplazmu s izvanstaničnom tekućinom. Živčani signali se prenose upravo pomoću brzih promjena membranskog potencijala koje se šire uzduž membrane, tj. promjena izmedu depolarizacije i polarizacije membrane naziva se akcijskim potencijalom, koji se širi živcanim vlaknom brzinom izmedu 12 i 120 m s-1, ovisno o vrsti vlakna. Nakon svakog ciklusa depolarizacije i repolarizacije, u stanici ostaje više natrijevih iona koji su ušli tijekom depolarizacije, dok je izvan stanice više kalijevih iona koji su izašli tijekom repolarizacije. Potrebno je vratiti membranu u stanje mirovanja, a to se postiže natrij-kalij pumpom. Naime, natrij-kalij pumpa u membrani održava koncentracije ovih iona stalnima, a njena aktivnost je jako izražena prilikom porasta koncentracije natrija u stanici. Navedeni procesi pokazuju koliko je kalij važan za provođenje živčanih impulsa i kontrakciju mišića (Vidjeti „Kalcij – Funkcije“).[1-10]

Održavanje osmotskog tlaka

Osmotski tlak rezultat je sklonosti čistog otapala da prolazi kroz polupropusnu membranu u otopinu koja sadrži otopljenu tvar, a za koju je membrana nepropusna. Osmoza je difuzija vode, tj. prolazak vode kroz polupropusnu membranu iz područja veće koncentracije vode u područje manje koncentracije vode. U navedenom slučaju voda će prolaziti prema području gdje je veća koncentracija otopljenih tvari, jer je u navedenom području koncentracija vode manja. Otopine koje imaju isti osmotski tlak nazivaju se izotoničnim otopinama, a one koje imaju veći osmotski tlak hipertoničnima, a manji hipotoničnima. Natrij i kalij su glavni topljivi ioni u našem organizmu te su stoga i regulatori osmotskog tlaka, a time i staničnog volumena. Stanice se moraju održavati u savršenoj osmotskoj ravnoteži. Naime, stanica koja se nalazi u hipertoničnoj otopini će se smanjiti, a ona koja se nalazi u hipotoničnoj će bubriti. Natrij-kalij pumpa pomaže u održavanju pravilne ravnoteže iona izvan i unutar stanice, a poremećaji natrij-kalij pumpe mogu rezultirati bubrenjem stanica. Naime, ako stanice počinje bubriti, automatski se aktivira natrij-kalij pumpa koja regulira koncentraciju iona i time može spriječiti smrt stanice.[1-10]

Regulacija kiselinsko-bazne ravnoteže

Prehrana bogata voćem i povrćem, tj. prehrana bogata kalijem povoljno utječe na kiselinsko-baznu ravnotežu našeg organizma, jer također sadrži i prekursore bikarbonata, koji neutraliziraju kiseline. Nekarbonske kiseline se stvaraju tijekom metabolizma proteina, biljnih i životinjskih, no, za razliku od voća i povrća, meso i ostala hrana životinjskog podrijetla ne sadrži veće količine prekursora bikarbonata. „Moderan“ bi način prehrane, koja je bogata mesom, a siromašna voćem i povrćem, mogao rezultirati blagom metaboličkom acidozom, koja posljedično može uzrokovati demineralizaciju kostiju, osteoporozu i bubrežne kamence. Ljudski organizam normalno može izlučiti veće količine bikarbonata i kalija, no ne i veće količine kiselina nastalih modernim načinom prehrane. Također, poznato je da u stanjima nedostatka kalija, on izlazi iz stanica što posljedično uzrokuje ulazak vodika unutar stanice. Ulaskom vodika unutar stanica, smanjuje se njegova koncentracija u krvi, čime se zapravo povećava ekstracelularan pH, tj. pH krvi, dok unutrašnjost stanica postaje kiselija, tj. ima niži pH. Drugim riječima, nedostatak kalija često rezultira metaboličkom alkalozom, dok njegove veće koncentracije rezultriaju padom pH krvi i padom koncentracija bikarbonata u krvi (Vidjeti „Nedostatak“ i „Toksičnost“).[1-11]

"Literatura"

1. Caballero, B. (2003) Encyclopedia of food sciences and nutrition, Academic Press, London.

2. Medić-Šarić, M., Buhač, I., Bradamante, V. (2000) Vitamini i Minerali: Istine i Predrasude, Hoffman LaRoche, Zagreb.

3. DiSilvestro, R. (2005) Handbook of Minerals As Nutritional Supplements, CRC Press, Boca Raton.

4. Berdanier, C.D. (1998) Advanced Nutrition: Micronutrients, CRC Press, Boca Raton.

5. Higdon, J., Drake, V. (2012) An Evidence-based Approach to Vitamins and Minerals: Health Benefits and Intake Recommendations, Thieme Publishing Group, Stuttgart.

6. Standing Committee on the Scientific Evaluation of Dietary Reference Intakes, Food and Nutrition Board, Institute of Medicine (2004) Dietary Reference Intakes for Water, Potassium, Sodium, Chloride, and Sulfate, National Academy Press, Washington.

7. Gadsby, D.C. (2004) Ion transport: spot the difference. Nature. 427, 795–797.

8. Giebisch, G. (1987) Potassium transport: Physiology and pathophysiology, Academic Press, Toronto.

9. Gadsby, D.C. (2004) Spot the difference. Nature. 427, 795-797.

10. LeFever Kee, J., Paulanka, B.J. Polek, C. (2010) Handbook of fluid, electrolyte and acid-base imbalances, Cengage Learning, New York.

11. Adler, S., Fraley, D.S. (1977) Potassium and intracellular pH. Kidney Int. 11, 433-442.