Активний транспорт, натрієвий насос. Na / К-насос. Натрій \ Калійний насос.
Активний транспорт, натрієвий насос. У попередньому розділі описані пасивна дифузія іонів і утворюється внаслідок цього мембранний потенціал при заданих внутрішньо- і позаклітинних концентраціях іонів. Однак в результаті цього процесу концентрація іонів всередині клітини стабілізується не автоматично, оскільки мембранний потенціал дещо електроотріцателен, ніж Еk, і набагато - в порівнянні з ENa (близько +60 мВ). Завдяки дифузії внутрішньоклітинні концентрації іонів, принаймні калію і натрію, повинні врівноважуватися з позаклітинними.
Стабільність градієнта іонів досягається за допомогою активного транспорту. мембранні білки переносять іони через мембрану проти електричного і (або) концентраційного градієнтів, споживаючи для цього метаболічну енергію. Найбільш важливий процес активного транспорту - це робота Na / K-насоса. існуючого практично у всіх клітинах; насос викачує іони натрію з клітини, одночасно накачуючи іони калію всередину клітини. Таким чином забезпечується низька внутрішньоклітинна концентрація іонів натрію і висока-калію (табл. 1.1). Градієнт концентрації іонів натрію на мембрані має специфічні функції, пов'язані з передачею інформації у вигляді електричних імпульсів, а також з підтримкою інших активних транспортних механізмів і регулювання обсягу клітини (див. Нижче). Тому не дивно, що більше 1/3 енергії, споживаної кліткою, витрачається на Na / К-насос, а в деяких найбільш активних клітинах на його роботу витрачається до 70% енергії [1, 11].
Na / K-транспортний білок являє собою АТФазу. На внутрішній поверхні мембрани вона розщеплює АТФ на АДФ і фосфат (рис. 1.6). На транспортування трьох іонів натрію з клітини і одночасно двох іонів калію в клітину використовується енергія однієї молекули АТФ, т. Е. Сумарно за один цикл з клітки видаляється один позитивний заряд. Таким чином, Na / К-насос є Електрогене (створює електричний струм через мембрану), що призводить до збільшення електронегативності мембранного потенціалу приблизно на 10 мВ. Транспортний білок виконує цю операцію з високою швидкістю: від 150 до 600 іонів натрію в секунду. Амінокислотна послідовність транспортного білка відома, проте ще не зрозумілий механізм цього складного обмінного транспорту. Даний процес описують з використанням енергетичних профілів перенесення білками іонів натрію або калію (рис. 1.5, -6). За характером зміни цих профілів, пов'язаних з постійними змінами конформації транспортного білка (процес, що вимагає витрати енергії), можна судити про стехиометрии обміну: два іона калію обмінюються на три іона натрію.
Na / К-насос. як і ізольована Na + / К-залежна мембранна АТФаза. специфічно інгібі-ється серцевим гликозидом уабаїн (строфантином). Оскільки робота Na / K-насоса являє собою багатоступеневу хімічну реакцію, вона, подібно до всіх хімічних реакцій, в значній мірі залежить від температури, що продемонстровано на рис. 1.7. Тут потік іонів натрію з м'язових клітин показаний щодо часу; практично це еквівалентно потоку іонів натрію, опосередкованого роботою Na / K-насоса, тому що пасивний потік іонів натрію проти градієнтів концентрації і потенціалу вкрай малий. Якщо препарат охолодити приблизно на 18 С, то потік іонів натрію з клітини швидко зменшиться в 15 разів, а відразу після нагрівання відновиться до вихідного рівня. Таке зменшення потоку іонів натрію з клітини в кілька разів більше, ніж те, яке б відповідало температурної залежності процесу дифузії або простої хімічної реакції. Подібний ефект спостерігається, коли запас метаболічної енергії виснажується в результаті отруєння Дінітрофенол (ДНФ) (рис. 1.7, Б). Отже, потік іонів натрію з клітини забезпечується енергозалежною реакцією - активним насосом. Іншою характеристикою насоса поряд зі значною температурної і енергетичною залежністю є наявність рівня насичення (як і у всіх інших хімічних реакцій); це означає, що швидкість роботи насоса не може зростати нескінченно при підвищенні концентрації транспортуються іонів (рис. 1.8). На відміну від цього потік пасивно дифундують речовини зростає пропорційно різниці концентрацій відповідно до закону дифузії (рівняння 1 і 2).
Б. Придушення потоку Na + з клітини Дінітрофенол (ДНФ) в концентрації 0-2 ммоль / л (по [13] зі змінами)
Крім Na / K-насоса плазматична мембрана містить принаймні ще один насос-кальцієвий; це насос відкачує іони кальцію (Са2 +) з клітки і бере участь в підтримці їх внутрішньоклітинної концентрації на вкрай низькому рівні (табл. 1.1). Кальцієвий насос присутній з дуже високою щільністю в саркоплазматическом рети-Кулум м'язових клітин, які накопичують іони кальцію в результаті розщеплення молекул АТФ.