Молекулярная организация и этапы работы Калий - Натриевого насоса.

В основе устройства лежит фермент: калий, натрий – активируемая АТФ-аза.

Функциональная единица состоит из 2-х полипептидных цепей: и - субъединиц. < и пересекает мембрану 1 раз. Одна концевая часть – в цитоплазме, другая – во внешней среде.

пересекает мембрану 10 раз и образует несколько цепей. Оба конца находятся в цитоплазме. - субъединица имеет центры связывания ионов натрия и калия, а также фосфата, отщеплённого от АТФ.

Связывание ионов происходит в петле между 2-ой и 3-ей спиралями цепи, а фосфата – между 4-ой и 5-ой спиралями.

- субъединица не содержит центров связывания и обеспечивает правильную ориентацию - субъединиц в пространстве.

Вместе обе субъединицы образуют компактную глобулу – протомер. При гидролизе АТФ четыре протомера взаимодействуют, объединяясь в олигомерный комплекс.

В основе работы фермента в качестве насоса – его способность к изменению конформаций. Их две:

Е₁ – исходная конформация – фермент способен взаимодействовать с АТФ и ионами натрия с внутренней стороны мембраны. Его активные центры связывают и удерживают ионы натрия и терминальный фосфат АТФ.

Переход в конформацию Е₂ состоит в перемещении отдельных частей белковой глобулы и перестройке ионных центров. В результате петля, содержащая ионный центр связывания оказывается не в цитоплазме, а внутри мембраны, между спиралями 2 и 3, причём сам центр обращён наружу, во внеклеточную среду. Структура и свойства этого центра меняются: он теряет способность удерживать натрий и приобретает высокое сродство к калию.

Минимуму свободной энергии отвечает исходная конформация Е₁, поэтому переход в конформацию Е₂ требует дополнительной энергии, а обратное превращение осуществляется самопроизвольно.

Работа насоса осуществляется в 5 стадий:

1. Фосфорилирование фермента за счёт внутриклеточной АТФ. Активаторы – внутриклеточные ионы натрия.

2. Изменение конформации фермента за счёт энергии макроэргической связи и первый противоградиентный перенос ионов натрия.

3. Ионообмен: ионы натрия (3) высвобождаются и уходят в среду, а ионы калия (2) связываются на наружной стороне мембраны с активным центром.

4. Обратное изменение конформации и второй противоградиентный перенос ионов калия.

5. Завершение гидролиза АТФ: фосфат и ионы калия высвобождаются в цитоплазму, фермент возвращается в исходное свободное состояние и готов к следующему циклу работы.

Сопряжённый активный транспорт.

ПВ – питательное вещество, ПМ – продукт метаболизма.

Активный транспорт любых веществ сопряжён с ионным транспортом. Различают:

1. Симпорт – совместный однонаправленный перенос.

2. Антипорт – совместный противоположно направленный перенос.

В основе сопряжённого активного транспорта – наличие ионных градиентов, созданных насосами. Энергия АТФ тратится именно на создание градиентов, поэтому ионный активный транспорт называют первичным, сопряжённый – вторичным.

Распространённый вид сопряжения – сопряжение на переносчике. При этом происходит пассивный перенос ионов натрия и активный перенос ПВ или ПМ.

Переносчиками являются пермеазы – мембранные прошивающие белки, имеющие 2 центра связывания:

1. с ионом натрия

2. с ПВ или ПМ.

Схема: связывание с субстратом => изменение конформации => перенос (ионов натрия с ПВ – Симпорт, а с ПМ - антипорт)