Молекулярная организация и этапы работы калий-натриевого насоса

В основе устройства лежит фермент: калий, натрий — активируемая АТ-фаза.

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.