Натрій-калієвий насос (натрій-калієва помпа, Na+/K+-АТФаза) — фермент із групи транспортних аденозинтрифосфатаз, яка відповідає за перенос іонів Na+ та K+ через клітинну мембрану. Є Mg2+, Na+, K+-залежним, але Са2+-незалежним транспортним білком, який має трансмембранну локалізацію. Кожна молекула АТФ переносить через мембрану 3 іони натрію із клітини, в обмін на 2 іони калію, що транспортуються всередину клітини.
Функція
Na+/K+-АТФаза забезпечує підтримання мембранного потенціалу спокою клітини. В результаті роботи насосу виникає дефіцит позитивно заряджених іонів всередині клітини, що призводить до утворення негативного заряду на внутрішній стороні клітинної мембрани і позитивного назовні. Також насос створює значний градієнт концентрації іонів Na+ i K+
Молекулярна структура
Na+/K+-АТФаза виділена в чистому вигляді з декількох джерел належить до Р2 класу, зокрема до Р2С підкласу АТФаз.
Являє собою інтегральний білок, що перетинає мембрану наскрізь, контактуючи як з позаклітинним середовищем, так і з цитоплазмою. Гідролітичний центр ферменту "звернений" всередину клітини і доступний для цитоплазматичної АТФ. Зсередини здійснюється також і активація ферменту натрієм, а калій потрібен ззовні. Гідролітичний центр і ділянки іонної активації розташовуються в гідрофільному оточенні в тих частинах молекули, які виступають із фосфоліпідного бішару.
Na+/K+-АТФаза має молекулярну масу 250–300 кДа і складається з двох субодиниць.
- α-Субодиниця являє собою ліпопротеїд (100 кДа) і містить центри зв'язування іонів Na+ і K+ та гідролітичний центр, що є локалізованим на внутрішній поверхні плазматичної мембрани й фосфорилюється при транслокації іонів. α-субодиниця пронизує ліпідний бішар й утворює 6 або 8 трансмембранних сегментів. Центр зв'язування глікозидів розташований на α-субодиниці на зовнішній поверхні мембрани, а центр фосфорилювання –на цитоплазматичної поверхні. Основна маса α-субодиниці є зосередженою на цитоплазматичній поверхні мембрани, утворюючи виступ близько 5 нм. N- і С-кінцеві фрагменти α-субодиниці розташовуються в цитоплазмі. N- кінцева частина поліпептидного ланцюга являє собою гнучку неспіралізованну ділянку, збагачену залишками лізину, який бере участь в конформаційних переходах і, можливо, регулює чутливість ферменту до катіонів. На N-кінці α-субодиниці є 4 трансмембранних фрагмента (Ml-М4), а на С-кінці ще 6 (М4-М10). Між трансмембранними фрагментами М2 і М3 розташовується мала цитоплазматична петля, а між М4 і М5 - великий цитоплазматичний домен, до складу якого входить понад 400 амінокислотних залишків α –субодиниці.
- β-Субодиниця є сіалоглікопротеїдом (40 кДа) і, на відміну від α-субодиниці не пронизує ліпідний бішар, а є вмонтованою в мембрану на зовнішній поверхні. β-субодиниця виконує регуляторні функції, зокрема, забезпечує правильну орієнтацію Na+/K+-АТФази в мембрані та відповідає за її антигенні властивості. α-субодиниця пронизує ліпідний бішар й утворює 6 або 8 трансмембранних сегментів. Центр зв'язування глікозидів розташований на α-субодиниці на зовнішній поверхні мембрани, а центр фосфорилювання –на цитоплазматичної поверхні. β-субодиниця розташована на зовнішній поверхні мембрани й має, ймовірно, тільки один трансмембранний сегмент.
Великий цитоплазматичний домен складається з α- спіральних і β-складчастих ділянок, які чергуються. Характерною його особливістю є наявність центрального ядра, яке оточене α-спіральними ділянками, з'єднаними гнучкими петлями. У великому цитоплазматичної домені α-субодиниці знаходиться залишок аспарагінової кислоти (Asp 369). Центри зв'язування іонів локалізовані в петлі між другою і третьої спіралями, що пронизують мембрану. Таким чином, α-субодиниця може виконувати функцію насоса незалежно від β-субодиниці. Однак обидва поліпептиди утворюють компактну глобулу, яка наскрізь пронизує мембрану. Та частина β-субодиниці, яка звернена у позаклітинне середовище, несе на собі ковалентно приєднані вуглеводні фрагменти. За масою і навністю вуглеводів цей поліпептид можна віднести до лектинів - мембранних глікопротеїнів, які відповідають за міжклітинний впізнавання і адгезію. В процесі білкового синтезу обидві субодиниці вбудовуються в мембрану одночасно.
Третій білок, названий γ-субодиницею, був ідентифікований з очищених препаратів ферменту. γ-субодиниця – це маленький, гідрофобний поліпептид з 8-14 кДа, який локалізований з α-субодиницею в нефроновому сегменті і імунологічно прицепитирується з αβ-комплексом.
Механізм функціонування
При гідролізі АТФ, що забезпечує енергією активний транспорт іонів, Na / K-АТФаза здійснює складну багатостадійну реакцію, в якій беруть участь іони натрію, калію і магнію, а також АТФ.
Гідроліз АТФ цією ферментною системою відбувається у відповідності з наступним рівнянням:
АТФ4- + 3Na+в + 2K+зв → АДФ3- + Pi + 3Na+зв + 2K+в ,
де Na+в і 2K+зв - являють собою внутрішньоклітинні іони, а Na+зв + 2K+в -іони, що знаходяться із зовнішнього боку клітини.
Схема цього процесу:
Е +АТФ ↔ E1Ф ↔ E2Ф ↔ E2 + Фн ↔ E + АДФ.
На внутрішній поверхні плазматичної мембрани відбувається активація ферменту у присутності іонів Na+ та Mg2+, це викликає фосфорилювання ферменту за рахунок кінцевої γ-фосфатної групи АТФ з утворенням проміжного комплексу ЕФ. Ця стадія не пригнічується оуабаїном, але інгібується іонами Ca2+. Утворений фосфорильований продукт ЕФ підлягає розпаду, що стимулюється іонами K+ на зовнішній поверхні мембрани. Водночас калій надходить усередину клітини, а натрій вивільняється у позаклітинне середовище. Ця стадія калійзалежного гідролізу ферменту інгібується серцевим глікозидом оуабаїном. Енергія, яка необхідна для транслокації K+ крізь мембрану в цитоплазму вивільняється при гідролізі фосфорильованого комплексу. Вважається, що фосфорильований фермент може перебувати у двох конформаційних станах: E1Ф та E2Ф, рівновага між яким контролюється іонами Mg2+, причому перша форма має більшу спорідненість з АДФ, а друга – з K+ .
Джерелом енергії для первинно-активного транспорту є АТФ; усі іонні насоси одночасно є ферментами, що гідролізують АТФ – АТФазами. При цьому перенесення речовин здійснюється проти їхнього концентраційного градієнта.
Регуляція активності
Активність Na+/K+-АТФази змінюється під дією різних екзогенних і ендогенних факторів, таких як:
- рН,
- температура,
- концентрація АТФ,
- концентрація катіонів Mg2+
Внутрішньоклітинне співвідношення [АТФ]/[АДФ] розглядають як пусковий механізм роботи Na+/K+-АТФази.
Зміни активності Na+/K+-АТФази можуть залежати як від внутрішньоклітинної, так і від зовнішньоклітинної концентрації Na+ .
Довготривала регуляція, обумовлена збільшенням синтезу α- і β-субодиниць Na+/K+-АТФази, спостерігається в деяких видах тканин під дією таких гормонів як альдостерон (ниркові канальці) , тироксин (стимулює активність Na+/K+-АТФази в багатьох типах тканин).
Також регуляторами ферментативної активності Na+/K+-АТФази є протеїнкіназа С та цАМФ- залежна протеїнкіназа (протеїнкіназа А).
Фосфорилювання Na+/K+-АТФази протеїнкіназою С призводить до інгібування її активності. Фосфорилювання протеїнкіназою А АТФ-гідролази залежно від умов спричиняє пригнічення, активування чи відсутність дії цього ферменту.
Na+/K+-АТФаза є рецептором для ендогенних кардіотичних стероїдів.
Активність цього ферменту в клітині першочергово регулюється співвідношенням натрію і калію та доступністю АТФ.
Див. також
Джерела
- Костюк П. Г., Гродзинский Д. М., Зима В. Л. и др. Биофизика. — К.: Вища школа, 1988, — 504с.[]
- Кравець В. І. «Біофізика». Посібник для студентів університетів спеціальності «біологія». Івано-Франківськ, 2005, 256 с.[]
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет