36.2. Открытие системы активного транспорта ионов натрия и калия

Большинство животных клеток имеет высокую концентрацию К+ и низкую концентрацию Na+ по сравнению с окружающей клетку средой. Градиенты этих ионов создаются специфической транспортной системой, называемой (Na+ + К+)-насосом, поскольку движение этих ионов взаимосвязано. Активный транспорт Na+ и К+ имеет

Рис. 36.2. Изменение свободной энергии переноса незаряженного растворенного вещества из отсека с концентрацией в отсек с концентрацией и одновалентных ионов через мембрану на сторону, имеющую одноименный с ионом заряд (Б). Обратите внимание, что мембранный потенциал требует для транспорта одновалентного иона при 25°С такого же изменения свободной энергии, как и градиент концентрации, равный 10.

огромное физиологическое значение. В самом деле, в организме животного на этот процесс затрачивается более трети АТР, расходуемой в состоянии покоя. Градиенты концентрации Na+ и К+ регулируют объем клетки, обеспечивают электрическую возбудимость нервных и мышечных клеток и служат движущей силой для активного транспорта Сахаров и аминокислот (разд. 36.10).

В 1957 г. Йенс Скоу открыл фермент, гидролизующий АТР только при условии добавления Na+ и К+ в содержащую среду. Этот фермент был назван -АТРазой:

Скоу предположил, что (Na+ + + К+)-АТРаза является интегральной частью (Na+ + К+)-насоса и расщепление АТР обеспечивает энергией активный транспорт С тех пор был получен целый ряд доказательств того, что -АТРаза - действительно составная часть (Na+ + К+)-насоса.

1. (Na+ + К+)-АТРаза обнаруживается во всех случаях, когда происходит активный транспорт Уровень ферментативной активности коррелирует с количеством транспортируемых ионов. Так, нервным клеткам свойственна высокая активность и (Na+ + К+)-АТРазы, и (Na+ + + К+)-насоса, тогда как в эритроцитах оба этих показателя находятся на низком уровне.

2. И (Na+ + К+)-АТРаза, и насос прочно связаны с плазматической мембраной.

3. (Na+ + К+)-АТРаза и насос одинаково ориентированы в плазматической мембране.

4. Изменения концентраций Na+ и К+ оказывают одинаковое действие на АТРаз-ную активность и скорость транспорта этих ионов.

5. Кардиотонические стероиды являются специфическими ингибиторами и (Na+ + + К+)-АТРазы, и (Na+ + К+)-насоса. Концентрация ингибитора, оказывающая

Рис. 36.3. (Ш+ + К+)-АТРаза [компонент (Na+ + К+)-насоса] гидролизует АТР только в том случае, если в среде, содержащей одновременно присутствуют

Рис. строго ориентирован в плазматической мембране.

полумаксимальный эффект, для обоих процессов одинакова.

6. При обращении работы насоса в определенной ионной среде происходит синтез АТР из ADP и