Транспортные АТФ-азы, их классификация и роль в активном транспорте ионов. Представление о бионасосах

Активный транспорт. Перенос вещества против концентрационного градиента (из места с меньшим ц в место с большим µ). При этом происходит возрастание свободной энергии>процесс самопроизвольно протекать не может, необходима затрата Е.

Е может быть:

1. макроэргические связи АТФ.

2. ЕОВР реакций

3. Градиент концентрации иона, который при вторичном активном транспорте (симпорте), переносится через мембрану

Активный транспорт:1. Первичный.

В его синтез входят 3 насоса, переносящие ионы против градиента концентрации при помощи энергии АТФ.

К данному типу относятся Na+/K+ АТФ-аза. Переносит 3 иона Na из клетки во внешнюю среду, параллельно переносится в клетку 2 иона К+.

Са2+ -АТФ-аза. При гидролизе 1 молекулы АТФ переносится 2 иона Са2+ из клетки во внешнюю среду.

Н+ АТФ-аза. При гидролизе 1 молекулы АТФ из клетки выносится 2 иона Н+. Внешняя часть мембраны заряжена положительно (+), внутренняя - отрицательно (-).

Циклы работы АТФ-аз.

1. Основная роль в создании потенциала покоя мембраны принадлежит Na+/K+ АТФ-азе. Представляет собой 2 взаимодействующих белка (2-суьединичные). Крупные субъединицы обращены во внутреннюю среду клетки. М=84кДа. Обладает ферментативной активностью. Малые субъединицы АТФ-азной активностью не обладают. Обе с/е имеют по 1 центру связывания Na+/K+. В исходном состоянии большая с/е обладает большим сродством к Na+, а малая к К+.

1-цикл.

1. в исходном состоянии к малым с/е присоединяются 2 иона К+ из среды, а большие - 3 Na+ с внутренней стороны мембраны. Присоединение Na+ приводит к активации ферментативной активности. Происходит гидролиз АТФ, остаётся -РО4, который присоединяется к большой субъединице, неся 3 атома О2 (то есть отрицательный заряд). Приводит к напряжению данной субъединицы>стремление снять напряжение>конформационное изменение>центр связывания с ионом становится ближе к внешней стороне мембраны -> изменение конформации малой субъединицы (оба центра связывания располагаются друг напротив друга).

2- цикл

Изменение конформации приводит к изменению сродства к ионам>у большой с/е увеличивается сродство к К+, а у малой - к Na+. Большая присоединяет 2 иона К+, малая - 3Na+>меняется заряд>напряжение в белковой молекуле>обратное изменение конформации>исходное состояние (большая внутрь, малая наружу). Отщепляется остаток НЗРО4>сродство молекул возвращается в исходное состояние.

В центре связывания 12 атомов О.

Первый присоединившийся ион определяет дальнейшие события.

Са2+ -АТФ-аза.

1 интегральный белок Обладающий АТФ-азной активностью центр связывания и каталитический центр во внутренней среде клетки. В исходном состоянии центр связывания обладает сродством к Са2+. Цикл работы схож с Na+/K+.

Н+ АТФ-аза.

Состоит из 1 белка, перенос Н+ против градиента. Присоединение Н+ с внутренней стороны мембраны.

Механизмы первично активного транспорта

Энергия клеточного механизма концентрируется в виде АТФ. Существуют специальные мембранные насосы, их совокупность – первично активный транспорт. Источник энергии – клеточный метаболизм, если отключить источник энергии, то ионы расположатся равномерно, относительно мембраны. Концентрационный градиент направлен внутрь клетки, ионы Na пассивно поступают внутрь клетки. Но концентрационный градиент постоянен, так как ему противостоят Na насосы.

Основные особенности первично активного транспорта:

1. Осуществляется против концентрационного градиента.

2. Система первичного транспорта в высшей степени специфична (Na система не перекачивает другие ионы).

3. Для его обеспечения необходима АТФ или другие источники энергии (метаболические яды блокируют насос).

4. Обменивает один вид ионов на другой (К-Na насос).

5. Многие виды ионных насосов выполняют электрическую работу, перенося заряды через мембрану (реогенный насос – это насос, при работе которого создается электрический ток).

6. Активный транспорт с помощью ионных насосов избирательно подавляется блокирующими агентами. (Существуют специфические вещества, которые блокируют данный насос, например, убаин – сердечный гликозид. Это вещество конкурентно блокирует участки, связывающие ионы К+.)

7. Энергия, необходимая для первично активного транспорта, высвобождается при гидролизе АТФ ферментами, расположенными в мембране

Активность ферментов зависит от концентрации ионов.

Современная гипотеза первично активного транспорта

K-Na-АТФаза – молекула из двух субъединиц, имеющих внутренние полости: ?-большая субъединица (полипептид), ?-малая субъединица (гликопротеид). ? обладает высоким сродством к Na +, ? - к К+. Полость ?-субъединицы заполняется 3 ионами Na+, полость ?-субъединицы заполняется 2 ионами К+. Потом у ?-субъединицы сродство к Na+ падает, а у ?-субъединицы сродство к К+ возрастает.

За счет флуктуации происходит пространственное совмещение полостей субъединиц и обмен ионами. В конце цикла полости открываются, и ионы их покидают.

Другая гипотеза. В начале происходит заполнение полостей описанным выше способом, затем поворот K-Na-АТФазы на 1800. После чего ионы покидают полости, а K-Na-АТФаза опять поворачивается на 1800. Если молеула постоянно переворачивается, то это должно привести к перестройке молекулярного слоя – спорный момент.