Формирование мембранного потенциала покоя

Натрий — калиевый насос

— это особый белок, пронизывающий всю толщу мембраны, который постоянно накачивает ионы калия внутрь клетки, одновременно выкачивая из нее ионы натрия; при этом перемещение обоих ионов происходит против градиентов их концентраций. Выполнение этих функций воз­можно благодаря двум важнейшим свойствам этого белка. Во-первых, форма молекулы переносчика может меняться. Эти из­менения происходят в результате присоединения к молекуле переносчика фосфатной группы за счет энергии, выделяющейся при гидролизе АТФ (т. е. разложения АТФ до АДФ и остатка фо­сфорной кислоты). Во-вторых, сам этот белок действует как АТФ-аза (т. е. фермент, гидролизующий АТФ). Поскольку этот белок осуществляет транспорт натрия и калия и, кроме того, об­ладает АТФ-азной активностью, он так и называется — «натрий-калиевая АТФ-аза».

Упрощенно действие натрий-калиевого насоса можно предста­вить следующим образом.

1. С внутренней стороны мембраны к молекуле белка-переносчика поступают АТФ и ионы натрия, а с наружной — ионы калия.

2. Молекула переносчика осуществляет гидролиз одной молеку­лы АТФ.

3. При участии трех ионов натрия за счет энергии АТФ к перено­счику присоединяется остаток фосфорной кислоты (фосфорилирование переносчика); сами эти три иона натрия также присое­диняются к переносчику.

4. В результате присоединения остатка фосфорной кислоты про­исходит такое изменение формы молекулы переносчика (конформация), что ионы натрия оказываются по другую сторону мембраны, уже вне клетки.

5. Три иона натрия выделяются во внешнюю среду, а вместо них с фосфорилированным переносчиком соединяются два иона калия.

6. Присоединение двух ионов калия вызывает дефосфорилирование переносчика — отдачу им остатка фосфорной кислоты.

7. Дефосфорилирование, в свою очередь, вызывает такую конформацию переносчика, что ионы калия оказываются по дру­гую сторону мембраны, внутри клетки.

8. Ионы калия высвобождаются внутри клетки, и весь процесс повторяется.

Значение натрий-калиевого насоса для жизни каждой клетки и организма в целом определяется тем, что непрерывное откачи­вание из клетки натрия и нагнетание в нее калия необходимо для осуществления многих жизненно важных процессов: осморегуляции и сохранения клеточного объема, поддержания раз­ности потенциалов по обе стороны мембраны, поддержания эле­ктрической активности в нервных и мышечных клетках, для активного транспорта через мембраны других веществ (сахаров, аминокислот). Большие количества калия требуются также для белкового синтеза, гликолиза, фотосинтеза и других процессов. Примерно треть всей АТФ, расходуемой животной клеткой в со­стоянии покоя, затрачивается именно на поддержание работы натрий-калиевого насоса. Если каким-либо внешним воздейст­вием подавить дыхание клетки, т. е. прекратить поступление кислорода и выработку АТФ, то ионный состав внутреннего со­держимого клетки начнет постепенно меняться. В конце концов он придет в равновесие с ионным составом среды, окружающей клетку; в этом случае наступает смерть.

Источник

Натрий-калиевый насос

Натрий-калиевые насосы входят в состав цитоплазматических мембран, окружающих клетки.

Натрий-калиевый насос переносит из внутренней области клетки во внешнюю среду три иона натрия в обмен на два иона калия, которые перемещаются внутрь клетки.

Натрий-калиевый насос является электрогенным — на каждые три иона Na, транспортируемых наружу, направляются внутрь два иона К; таким образом, при каждом цикле из клетки забирается по одному положительному заряду. Система ионного транспорта включает АТРазу и ионофор — сложные мембранные белки. Один из белковых компонентов подвергается промежуточному фосфорили-рованию с помощью АТР.

В условиях нормального кровоснабжения нерва натрий-калиевый насос обеспечивает устойчивое поддержание ионного состава цитоплазмы, так как число ионов Na, поступающих внутрь волокна, и К, покидающих волокно при каждом импульсе, очень мало по сравнению с общим их содержанием в цитоплазме и межклеточной жидкости. Если принять, что число ионов, пересекающих единицу площади мембраны, в различных волокнах одинаково, то в этом случае изменение концентрации этих ионов в цитоплазме должно быть обратно пропорционально диаметру волокна. Поэтому волокно диаметром 0 5 мкм при каждом импульсе должно терять / юоо содержания К вместо / loooooo, как это наблюдается в гигантских аксонах кальмара. Этим, по-видимому, и объясняется тот факт, что тонкие нервные волокна утомляются значительно быстрее, чем толстые.

Активный транспорт глюкозы через плазматическую мембрану клетки кишечника или почки. ( На основе в книге L. Stryer ( 1981 Biochemistry, 2nded., Freeman.| Эндоцитоз и экзоцитоз.

Натрий, выкачиваемый из клетки натрий-калиевым насосом, стремится диффундировать обратно в клетку. В мембране находится транспортный белок, которому для выполнения его функций требуются натрий и глюкоза. Они транспортируются в клетку вместе пассивно, за счет облегченной диффузии. Активный транспорт аминокислот совершается при участии аналогичного белкового натрий-аминокислотного переносчика; активной частью этого процесса является выкачивание натрия наружу.

На рис. 13.5 показана принципиальная схема натрий-калиевого насоса, а на рис. 13.3 дана схема генератора Ван-де — Граафа, в котором при коронном разряде заряды переносятся лентой и накапливаются на полусфере, расположенной на изоляционных подставках. В своей основе эти два ЭП близки друг к другу: в натрий-калиевом насосе заряды переносятся белковой молекулой, которая вращается, а в генераторе Ван-де — Граафа заряды переносятся бесконечной лентой. Как в том, так и другом случае заряды переносятся медленно и токи небольшие.

Натрий-калиевый насос.

На рис. 13.5 показана принципиальная схема работы натрий-калиевого насоса.

С использованием таких методов было успешно проведено воссоздание систем натрий-калиевого насоса ( Na, К — АТРазы), Са2 — АТРазы ( гл

Многие из опубликованных данных об удачных воссозданиях искусственных систем следует, однако, рассматривать с осторожностью, так как свойства таких систем слишком сильно отличались от свойств их биологических прототипов.

Локализация околоклубочкового комплекса в почке. Его клетки находятся в стенке приносящей клубочковой артериолы и реагируют на уровень натрия в крови и ее гидростатическое давление.

Последний с кровью достигает дистального извитого канальца и усиливает работу натрий-калиевого насоса в его клетках. Это приводит к усиленной реабсорбции из нефрона натрия и поступлению его в окружающие каналец капилляры. Параллельно в противоположном направлении движется калий.

Стабильность структуры в ходе эволюции еще раз подчеркивает физиологическое значение натрий-калиевого насоса и большую роль oc — субъединицы в его функционировании.

Биологические электродвигатели бактерий.

Этот белок, открытый в 1957 г., биологи называют натрий-калиевым насосом.

Натрий-калиевый насос

Натрий-калиевый насос — это один из механизмов активного транспорта через цитоплазматическую мембрану против градиента концентрации.

За один цикл своей работы натрий-калиевый насос переносит три иона натрия (3Na + ) из клетки и два иона калия (2K + ) в клетку.

Поскольку из клетки удаляется больше положительных зарядов, то на мембране происходит накопление разности электрических потенциалов (внутреннее содержимое клетки заряжено отрицательно по отношению к внешней среде). Разность потенциалов, в свою очередь, приводит к расщеплению АТФ и высвобождаю энергию. Перекачивание натрия и калия необходимо для сохранения клеточного объема (осморегуляция), поддержания электрической активности в нервных и мышечных клетках, для активного транспорта сахаров, аминокислот и др. Калий в клетке требуется для белкового синтеза, гликолиза, фотосинтеза и др.

Натрий-калиевый насос по-сути представляет собой фермент, расщепляющий АТФ. Фермент называется натрий-калий-зависимая аденозинтрифосфатаза (Na+/K+-АТФ-аза. Он находится в мембранах (представляет собой интегральный белок) и начинает работать, когда повышается концентрация ионов натрия внутри клети или ионов калия снаружи.

Насос действует по принципу открывающихся и закрывающихся каналов. Когда белок связывается с ионами натрия, то это нарушает его водородные связи и приводит к изменению формы. Образуется узкая внутренняя полость, через которую выходят наружу ионы натрия, а ионы калия протиснуться наружу не могут. Выход ионов натрия снова изменяет конформацию фермента, в результате чего открывается другой канал, через который в клетку могут попасть ионы калия.

Расщепление АТФ происходит после связывания ионов натрия. Выделяющаяся энергия расходуется на изменение конформации фермента для выхода Na + .

Источник

Все хорошо в меру

Как и в случае с любой другой диетой, нельзя перебарщивать. Полное исключение из рациона натрия хлора — поваренной соли — чревато неприятными последствиями

В овощах и даже фруктах соли очень мало, из них не почерпнуть норму этого важного вещества. Натрий нужен для выработки ферментов, расщепляющих пищу, а его дефицит может вызывать судороги и даже остановку сердца

Так что съедайте по 200-300 г хлеба, мяса или рыбы в день, а также немного присаливайте овощи — это даже полезно.

Органические кислоты, содержащиеся в овощах, возбуждают аппетит. Так что прием растительной пищи нужно обязательно дополнять кусочком мяса, птицы и цельнозерновым хлебом. Иначе через пару недель вы будете жевать целыми днями, и ни вода, ни жара не отобьют зверского аппетита.

Овощи, богатые клетчаткой, и вода стимулируют работу кишечника. Это хорошо для тех, у кого проблемы со стулом, а для других может быть чревато диареей. Бурление в животе — признак того, что количество съедаемых овощей пора сокращать. Это же касается и воды. Если вам постоянно хочется в туалет — воду следует ограничить.

Людям, страдающим от подагры, мочекаменной или желчно-каменной болезни, обилие овощей противопоказано. Многие растения (например, бобовые или капуста) настолько богаты органическими кислотами, пуринами или минеральными веществами, что запросто могут вызвать усиление отложений. Нельзя самовольно, без консультации с врачом садиться на диету и тем, у кого имеются заболевания сердца и почек.

Недостаток водной диеты в том, что вода вымывает витамины и минералы. Обилие овощей эту потерю частично компенсирует, но лучше все же дополнить свой рацион витаминно-минеральным комплексом. Проследите, чтобы в составе препарата содержались также жирорастворимые витамины Е и А: они есть только в жирах и из овощей их получить нельзя.

Наконец, сидение на воде может привести к недостатку белка, а значит, и энергии. Чтобы этого не произошло, возможно, стоит расширить свой рацион за счет все того же цельнозернового хлеба и нежирного мяса, рыбы или птицы. Или же можно пить по порции протеинового коктейля в день.

Сколько бы вы ни весили, пить больше 3 л воды в день опасно.

Идею пить воду до еды одобряют практически все диетологи: когда желудок частично заполнен водой, человек меньше съест. Однако новейшее исследование Гарвардского университета (США) показало, что эффективнее всего этот метод работает для женщин старше 40 лет. У младшего поколения, а также у мужчин «похудательный» результат употребления воды до еды существенно ниже.

Натриево-калиевая помпа, функция, функции и значение

калиево-натриевый насос является активным клеточным транспортным механизмом, который перемещает ионы натрия (Na + ) изнутри клетки наружу, и ион калия (K + в противоположном направлении. Насос отвечает за поддержание градиентов концентрации, характерных для обоих ионов..

Этот ионный транспорт происходит против нормальных градиентов концентрации, потому что, когда ион очень сконцентрирован в ячейке, он стремится покинуть его, чтобы соответствовать концентрациям с внешней стороной. Калиево-натриевый насос нарушает этот принцип, и для этого требуется энергия в форме АТФ.

На самом деле, этот насос является модельным примером активного клеточного транспорта. Насос образован комплексом ферментативного характера, который выполняет движения ионов внутри и снаружи клетки. Он присутствует во всех мембранах животных клеток, хотя он более распространен в определенных типах, таких как нейроны и мышечные клетки..

Ионы натрия и калия имеют решающее значение для различных биологических функций, таких как поддержание и регулирование объема клеток, передача нервных импульсов, генерация мышечных сокращений и другие..

1 операция 1.1 Основные принципы клеточного транспорта 1.2 Активный и пассивный транспорт 1.3 Характеристика натриево-калиевого насоса 1.4 Как работает натриево-калиевый насос? 1,5 АТФаза 1.6 Регенные и электрогенные ионные насосы 1.7 Скорость насоса 1.8 Транспортная кинетика 2 Функции и важность 2.1 Регулятор громкости ячейки 2.2 Потенциал покоящейся мембраны 2.3 Нервные импульсы 3 Ингибиторы 4 Ссылки

Натрий калиевого насоса

Калия-натрия насос биологической структуры, расположенной во внутренней мембране митохондрий клеток эукариот. Его функция заключается в транспорте ионов натрия и калия в и вне клетки путем активного транспорта. Основная часть Kalivia-натриевый насос белка Na + / K +-перемещаться ATFaza. Разница между ионов внутри и снаружи клеточной мембраны порождает жизненно градиента электрического которых напрямую зависят от мышц сокращений.

Тренировка с высокой интенсивностью

С увеличением необходимость повышения объема крови в тренировки высокой интенсивности, если вы не соответствуете требованиям для подачи необходимого кислорода и питательных веществ к мышцам, спортсмен подвергается огромному риску из числа отрицательных отклонений. Питательные вещества не кормить работающих мышц. Во время высокой интенсивности аэробных тренировки получается дефицит натрия , токсичные уровни лактата увеличилось, трудно сброс сточных веществ из организма. Это свидетельствует выпуск стресс альдостерона гормон. Его роль в этой точке компенсационных и поглощаемые отсеков натрия, что приводит к задержку воды в организме.

Проблемы с эффекты альдостерона, натрия, связаны с калием. Почки подвергаются стрессу, предрассудков и осмотического равновесия. Отрицательное воздействие на спортсменов огромны. Другим важным изменением, связанных с низким содержанием натрия является искажение сердца, мозга и печени.

Натрий-Калиевый насос

Чтобы внутриклеточный метаболизм протекал нормально, каждая клетка нуждается в постоянном притоке питательных веществ и кислорода, а также в постоянном удалении продуктов жизнедеятельности. Такой двусторонний транспорт осуществляется через клеточную мембрану, которая обладает избирательной проницаемостью для отдельных веществ.

Попытки ученых понять, как именно работает клетка, привели к открытию натрий-калиевого насоса – механизма, который непрерывно откачивает из клетки натрий и нагнетает в нее калий, создавая определенную разность концентраций этих двух элементов по обе стороны мембраны.

Это необходимое условие самых важных процессов жизнедеятельности: проведения нервного импульса в клетках, обеспечения здорового сердечного ритма и водно-солевого баланса, а также – регуляции клеточного обмена веществ.

В первую очередь, ПентоКан – это источник калия. Задачей было представить этот макроэлемент в максимально биодоступной форме. Шипучие таблетки при растворении в воде образуют две органические формы калия – цитрат и аскробат. Таким образом достигается биодоступность около 97,5%

Витамин С играет в формуле Пентокана важную транспортную роль (в следствие его гетероциклической структуры) способствуя быстрой и эффективной доставке калия внутрь клетки.

Рибоза (моносахарид из группы пентоз – природный углевод) увеличивает синтез молекул АТФ. АТФ источник энергии в организме, примерно треть которой расходуется на поддержание нормальной работы натрий-калиевого насоса.

По этой причине содержание калия в клетке напрямую зависит от уровня АТФ. При низком АТФ калиевый канал полностью открыт, и калий быстро выходит наружу, активность клетки падает. При высоком уровне АТФ канал закрывается, что обеспечивает сохранение запасов калия и активное состояние клетки, ее нормальное функционирование.

механизм

Схема

Гидролиз АТФ и транспорт Na + / K + строго связаны (электрогенный принцип):

  • Для каждой молекулы АТФ три иона Na + выносятся наружу, а два иона K + переносятся внутрь. В балансе положительный носитель заряда выведен из внутриклеточного пространства. Этот механизм является движущей силой для поддержания электрического мембранного потенциала покоя, который функционально важен, в частности, для нервных и мышечных клеток . Однако не только баланс заряда насоса приводит к мембранного потенциала покоя. Высокая проницаемость клеточной мембраны для ионов K + , которая обеспечивается калиевыми каналами , и низкая проницаемость для ионов Na + во время мембранного потенциала покоя также необходимы для его поддержания.
  • накачки механизм требует конформационных изменений, которые генерируются фосфорилирования на аспартат (Asp) остатка альфа-субъединицы.
    • Во время этого процесса первоначально включаются три иона Na + ;
    • их выход наружу происходит в обмен на два иона K + , связывание которых активирует фосфатазу, которая снова дефосфорилирует остаток Asp.

Натрий-калиевый насос

Натрий-калиевый насос — это один из механизмов активного транспорта через цитоплазматическую мембрану против градиента концентрации.

За один цикл своей работы натрий-калиевый насос переносит три иона натрия (3Na + ) из клетки и два иона калия (2K + ) в клетку.

Поскольку из клетки удаляется больше положительных зарядов, то на мембране происходит накопление разности электрических потенциалов (внутреннее содержимое клетки заряжено отрицательно по отношению к внешней среде). Разность потенциалов, в свою очередь, приводит к расщеплению АТФ и высвобождаю энергию. Перекачивание натрия и калия необходимо для сохранения клеточного объема (осморегуляция), поддержания электрической активности в нервных и мышечных клетках, для активного транспорта сахаров, аминокислот и др. Калий в клетке требуется для белкового синтеза, гликолиза, фотосинтеза и др.

Натрий-калиевый насос по-сути представляет собой фермент, расщепляющий АТФ. Фермент называется натрий-калий-зависимая аденозинтрифосфатаза (Na+/K+-АТФ-аза. Он находится в мембранах (представляет собой интегральный белок) и начинает работать, когда повышается концентрация ионов натрия внутри клети или ионов калия снаружи.

Насос действует по принципу открывающихся и закрывающихся каналов. Когда белок связывается с ионами натрия, то это нарушает его водородные связи и приводит к изменению формы. Образуется узкая внутренняя полость, через которую выходят наружу ионы натрия, а ионы калия протиснуться наружу не могут. Выход ионов натрия снова изменяет конформацию фермента, в результате чего открывается другой канал, через который в клетку могут попасть ионы калия.

Расщепление АТФ происходит после связывания ионов натрия. Выделяющаяся энергия расходуется на изменение конформации фермента для выхода Na + .

Источник

Кристаллическая структура клеточного Na/K-насоса

22 октября 2013

В лаборатории, где 50 лет назад был открыт натрий-калиевый насос, получена его кристаллическая структура. Теперь становится понятным механизм переноса ионов натрия и калия наружу и внутрь клетки.

Исследователи из датского университета Аархус в коллаборации с группой японских коллег установили структуру важнейшего белка, так называемого натрий-калиевого насоса (Na/K-насос, или Na/K АТФ-аза), который присутствует в любой клетке человеческого тела. Результат, недавно опубликованный в журнале Nature, может пролить новый свет на понимание неврологических болезней.

Натрий-калиевый насос непрерывно работает во всех клетках животных и людей. До 40 процентов энергии (молекул АТФ) в нашем теле идёт на его поддержание. Работа этого белка во многом похожа на работу маленькой батарейки, которая, помимо всего прочего, поддерживает натриевый баланс, критически необходимый для поддержания работы мышц и нервов.

Белок, выполняющий функцию Na/K-насоса, встроен в мембрану клетки, и занимается тем, что переносит ионы натрия наружу, а ионы калия вовнутрь клетки. На каждом шаге этого цикла структура насоса меняется. Хорошо известно, что насос имеет две различных формы. Первая, «натриевая», форма соответствует состоянию, когда белок «захватил» три иона натрия и готовится их «выбросить» наружу. Вторая, «калиевая», форма возникает, когда белок «выбросил» натрий наружу и «захватил» два иона калия для переноса вовнутрь клетки. Однако структурные различия между двумя этими формами до последнего момента были не известны, и исследователи не понимали, каким образом белок различает ионы натрия и калия.

В 2007 и 2009 годах специалисты из университета Аархус принимали участие в исследовании, которое привело к расшифровке структуры «калиевой» формы белка. Теперь, благодаря международному сотрудничеству группы профессора Чикаши Туошима (Chikashi Toyoshima) из университета Токио и группы из университета Аарона, была описана структура «натриевой» формы белка. Впервые удалось изучить кристаллическую структуру белка со столь высоким разрешением – 0,28 нанометров, что позволило увидеть, куда в действительности прикрепляются ионы натрия в насосе.

«Полученная структура белка показывает, в каком месте ионы натрия связываются с белком, и, следовательно, каким образом они транспортируются через мембрану клетки наружу; ионам калия, чей размер несколько больше, доступ к этим сайтам связывания заблокирован. Теперь мы понимаем, каким образом насос различает ионы натрия и калия на молекулярном уровне. Это большой шаг вперёд для понимания серьёзных неврологических болезней, связанных с мутациями Na/K-насоса, включая некоторые формы болезни Паркинсона, а так же перекрестные параличи у детей, когда есть дефекты в связывании ионов натрия», — объясняет Бенте Вильсен, профессор университета Аархуса, возглавляющий проект.

Na/K-насос был открыт в 1957 году профессором Йенсом Кристианом Скоу в университете Аархуса, который в 1997 получил за своё открытие Нобелевскую премию. Нынешний результат — кульминация полувековой работы по изучению механизма лежащего в основе этой молекулярной машины.

«Много лет назад, когда с помощью электронного микроскопа были получены первые изображения белка, при 250 000 кратном увеличении белок выглядел всего лишь точкой, и я подумал, что мы никогда не сможем определить его структуру. Поскольку насос занимается переносом ионов натрия и калия, следовательно, речь идёт о способности различить между собой два иона. До настоящего момента казалось, что это невозможно», — говорит профессор Йенс Кристиан Скоу. В свои 94 года он в курсе новых достижений в области, начало которой он сам положил 50 лет назад.

«Сейчас учёные описали структуру, с помощью которой белок идентифицирует натрий, и это может привести к более детальному пониманию работы насоса. Это впечатляющее достижение, о котором я даже и не мог мечтать», — заключает Йенс Кристиан Скоу.

На рисунке показано, как выглядит Na/Ka-насос изнутри, когда он связал ионы натрия. Доступ к сайтам связывания похож на тоннель. Три маленьких иона натрия прикреплены внутри насоса (фиолетовые сферы слева), тогда как размер ионов калия (зелёные сферы) не позволяет ему сесть на те же места. Сетка синего цвета обозначает внутреннюю поверхность белка, которая блокирует ионы калия. Цифро-буквенный код показывает, какие аминокислоты в белке имеют значение для процесса прикрепления ионов.

Источник

Калия

Калий является главным катионом внутриклеточной пространстве. В обычной диете, ежедневно принимают около 80-100 ммоль и одинаково разделенные — 10% в кишечник и около 90% через почки. Дефицит калия приводит к гипогликемии, сердечных расстройств, тяжелые судороги мышц. Включает в себя качество самых сложных формул витаминов и минералов. Принимая более 18 граммов токсичных и вредных для здоровья.

Некоторые исследования связывают низкий уровень калия в организме с высоким кровяным давлением . Два или три чашки калия день вызвать дефицит в организме. Алкоголики и любителей сладостей также часто страдают от дефицита калия. Резкая потеря веса в низкоуглеводная диета приводит к снижению уровня калия в организме. Симптомы включают ощущение слабого и ослабление рефлексов . Дефицит калия объясняет, мышечные спазмы (судороги) в людей, имеющих дело с фитнес и другие виды спорта. Было показано, что этот металл стимулирует удержание азота, что приводит к увеличению мышечной массы. Также поддерживает преобразование гликогена , что опять-таки стимулирует мышечную гипертрофию .

Научные исследования показывают, что дефицит калия влияет на максимальную производительность упражнения в спорте. В связи с трудным иннервируют мышцы, чтобы заблокировать мышц. Когда запасы низкой калия, а также снижение уровня доступного азота, соответственно — мышечной массы.

Анаболический эффект калия связана с гидратации клетки. Ну заполненный водой анаболических ячейки посылает сигнал. Наоборот, обезвоженный ячейки индуцирует катаболических реакций. Калий играет важную роль в накоплении гликогена в мышцах. Гликоген привлекает большое количество воды , что усиливает анаболические сигнал. Этот металл необходима и в производстве достаточного количества гормона роста . Калий также обладает анти-катаболических эффектов — утилизация аммиака производится в расщепления белковМоделирование бумажное. Практическое руководство по моделированию. .

Активный транспорт

Здесь для переноса вещества через мембрану необходимо приложить энергию. Но зачем, а главное почему? Потому что такой транспорт идет против градиента концентрации, а без прикладывания энергии молекулу или ион просто не вытолкнуть. Разделяется на два варианта: первично-активный транспорт и вторично-активный транспорт, отличие между ними поймете чуть ниже.

Первично-активный транспорт

Здесь для того, чтобы перенести молекулы/ионы вещества на другую сторону мембраны используется энергия молекул АТФ. Классический вариант – натрий-калиевый насос. Этот насос представляет из себя белок, а именно фермент – АТФазу (помните, что “не все белки – ферменты, но все ферменты – белки” – десятая заповедь от кафедры биохимии).  Занимается тем, что переносит ионы натрия из клетки, а ионы калия внутрь клетки. То есть работает против градиента концентрации, ведь натрия очень много вне клетки, а калия наоборот мало.

У насоса есть участки связывания – два для калия и три для натрия. Состоит из двух субъединиц – альфа и бета, альфа это и есть переносчик, а бета похоже якорит его в мембране. На один цикл: переноса трех ионов натрия из клетки и двух ионов калия внутрь клетки, требуется одна молекула АТФ. Как видим, этот насос создает разницу потенциалов, так как в обмен на три заряженных иона внутрь клетки поступает только два – этому пареньку мы обязаны за отрицательный заряд внутри клетки. Действует такой насос во всех клетках, он не дает клетке лопнуть из-за избытка натрия (вспоминаем про воду).

Натрий-калиевая АТФаза

Кроме такого насоса есть еще несколько – Ca++ и H+ – АТФазы. Избыток кальция вредит клетке, так как он может запустить апоптоз. Водородный насос действует в париетальных клетках желудка и дистальном отделе канальца нефрона – в первом случае он создает кислую среду в желудке для функционирования пепсина. Да и вообще, из внешней среды поступает много всякой заразы, которой неприятно встречаться с кислотой. Во втором случае насос перемещает ионы водорода в просвет канальца. Полезная штука, а то прикинь – позанимался спортом и умер от ацидоза, не круто.

Вторично-активный транспорт.  

Тут одна молекула идет по градиенту концентрации и энергия, которая создается ей, используется для переноса другой молекулы. Представляете, сколько всего ионов натрия во внеклеточной жидкости? Вот и я не представляю, но очень много, а в клетке же наоборот его очень мало. Такая разница создает просто огромную энергию, которая идет на работу белка переносчика. Этот белок переносчик, как вы уже поняли – интегральный белок и имеет два участка связывания. Эти участки могут находиться на одной стороне белка или на разных. Поэтому такой транспорт можно разделить на два варианта:

1) Молекула, которая идет против градиента концентрации, переносится в одну сторону с молекулой, которая идет по градиенту концентрации. Это называется котранспорт (или симпорт). Так переносятся молекулы глюкозы и аминокислот из кишечника и канальцев нефрона. Натрий идет по градиенту концентрации внутрь клетки и захватывает с собой глюкозу или аминокислоты. Тут ты можешь сказать : “Чет странно, ведь в кишке много глюкозы после еды, почему она идет против градиента?”. И да, это верно, в кишечнике много глюкозы. Но клеток очень много, а глюкоза растянута по всей поверхности кишки. Вот и получается, что в кишке ее много, но возле каждой клетки маловато. Такая же тема с аминокислотами.

Симпорт или котрнаспорт

2) Молекула идет против градиента концентрации, но не в одну сторону с переносимым по градиенту концентрации веществом – контртранспорт (или антипорт). Так происходит транспорт ионов водорода в проксимальных канальцах нефрона: водород попадает в просвет канальца, а натрий внутрь клетки. 

Контртранспорт или антипорт

Заметили кое-что? Клетка всегда чего-то боится: потерять или перебрать. Не всосать глюкозу и аминокислоты в кишечнике, либо смыть их в унитаз. И здесь она работает не только на свое благо, а на благо всего организма. Ведь ей не очень и нужна эта глюкоза, в ней ее достаточно, но она заботится не только о себе. А говорят, что коммунизм не построить , а он уже существует в организме каждого из нас. Ну это так, просто к слову пришлось… Перебрать же она боится, потому что из-за этого погибнет – поэтому натрий-калиевый насос работает постоянно, как и кальциевый.

Ну что сведем все это опять в нашу табличку?

Если не очень хорошо видно, то в конце есть файл со всеми схемами. Извиняйте.

Все что мы разбирали до этого относится к небольшим по размерам молекулам, а что делать с большими? Для этого есть две легенды, о которых ниже.

Выводы

Говоря образно, «мембрана превращает клетку в «электрическую батарейку» с помощью управления ионными потоками».

Мембранный потенциал покоя образуется за счёт двух процессов:

1. Работа калий-натриевого насоса мембраны.

Новая гипотеза механизма работы Na,K-АТФазы рассматривается здесь: Механизм натрий-калиевого насоса

Работа калий-натриевого насоса, в свою очередь, имеет 2 следствия:

1.1. Непосредственное электрогенное (порождающее электрические явления) действие ионного насоса-обменника. Это создание небольшой электроотрицательности внутри клетки (-10 мВ).

Виноват в этом неравный обмен натрия на калий. Натрия выбрасывается из клетки больше, чем поступает в обмен калия. А вместе с натрием удаляется и больше «плюсиков» (положительных зарядов), чем возвращается вместе с калием. Возникает небольшой дефицит положительных зарядов. Мембрана изнутри заряжается отрицательно (примерно -10 мВ).

1.2. Создание предпосылок для возникновения большой электроотрицательности.

Эти предпосылки — неравная концентрация ионов калия внутри и снаружи клетки. Лишний калий готов выходить из клетки и выносить из неё положительные заряды. Об этом мы скажем сейчас ниже.

2. Утечка ионов калия из клетки.

Из зоны повышенной концентрации внутри клетки ионы калия выходят в зону пониженной концентрации наружу, вынося заодно положительные электрические заряды. Возникает сильный дефицит положительных зарядов внутри клетки. В итоге мембрана дополнительно заряжается изнутри отрицательно (до -70 мВ).

 Финал

Итак:

Калий-натриевый насос создает предпосылки для возникновения потенциала покоя. Это — разность в концентрации ионов между внутренней и наружной средой клетки. Отдельно проявляет себя разность концентрации по натрию и разность концентрации по калию. Попытка клетки выравнять концентрацию ионов по калию приводит к потере калия, потере положительных зарядов и порождает электроотрицательность внутри клетки. Эта электроотрицательность составляет большую часть потенциала покоя. Меньшую его часть составляет непосредственная электрогенность ионного насоса, т.е. преобладающие потери натрия при его обмене на калий.

Видео: Мембранный потенциал покоя (Resting membrane potential)

2009-2021 Сазонов В.Ф. 2016-2021 kineziolog.su