4.Механизмы и структуры активного транспорта ионов через мембрану.

3.1. Первично-активный транспорт

Транспорт веществ из среды с низкой кон­центрацией в среду с более высокой концентрацией не может быть объяснен движением по градиенту, т.е. диффузией. Этот процесс осуществляется за счет энергии гидролиза АТФ или энергии, обу­словленной градиентом концентрации каких-либо ионов, чаще все­го натрия. В случае, если источником энергии для активного транс­порта веществ является гидролиз АТФ, а не перемещение через мембрану каких-то других молекул или ионов, транспорт называ­ется  первично  активным.

Первично-активный перенос осуществляется транспортнымиАТФа-зами, которые получили название ионных насосов. В клетках животных наиболее распространена Na⁺ ,K⁺ — АТФаза (натриевый насос), пред­ставляющая собой интегральный белок плазматической мембраны и Са²⁺ — АТФазы, содержащиеся в плазматической мембране сарко-(эндо)-плазматического ретикулума. Все три белка обладают общим свойством — способностью фосфорилироваться и образовывать про­межуточную фосфорилированную форму фермента. В фосфорилиро-ванном состоянии фермент может находиться в двух конформациях, которые принято обозначать Е₁и Е₂. Конформация фермента — это способ пространственной ориентации (укладки) полипептидной цепи его молекулы. Две указанные конформации фермента характеризуются различным сродством к переносимым ионам, т.е. различной способ­ностью связывать транспортируемые  ионы.

Na⁺/K⁺- АТФаза обеспечивает сопряженный активный транспорт Na⁺ из клетки и К⁺ в цитоплазму. В молекуле Na⁺/K⁺- АТФазы имеется особая область (участок), в которой происходит связывание ионов Na и   К.   При  конформации  фермента   E₁  эта  область   обращена   внутрь плазматического ретикулума. Для осуществления этой стадии пре­вращения Са²⁺-АТФазы необходимо присутствие в саркоплазмати-ческомретикулуме ионов магния. В последующем цикл работы фермента  повторяется. 3.2. Вторично-активный транспорт

Вторичным активным транспортом называется перенос через мембрану вещества против гради­ента его концентрации за счет энергии градиента концентрации другого вещества, создаваемого в процессе активного транспорта. В клетках животных основным источником энергии для вторичного активного транспорта служит энергия градиента концентрации ионов натрия, который создается за счет работы Na⁺/K⁺ — АТФазы. Напри­мер, мембрана клеток слизистой оболочки тонкого кишечника со­держит белок, осуществляющий перенос (симпорт) глюкозы и Na⁺ в эпителиоциты. Транспорт глюкозы осуществляется лишь в том слу­чае, если Na⁺, одновременно с глюкозой связываясь с указанным белком, переносится по электрохимическому градиенту. Электрохи­мический градиент для Na⁺ поддерживается активным транспортом этих  катионов из клетки.

В головном мозге работа Na⁺-насоса сопряжена с обратным по­глощением (реабсорбцией) медиаторов — физиологически активных веществ, которые выделяются из нервных окончаний при действии возбуждающих  факторов.

В кардиомиоцитах и гладкомышечных клетках с функционирова­нием Na⁺, K⁺-АТФазы связан транспорт Са²⁺ через плазматическую мембрану, благодаря присутствию в мембране клеток белка, осу­ществляющего противотранспорт (антипорт) Na⁺ и Са²⁺. Ионы каль­ция переносятся чере мембрану клеток в обмен на ионы натрия и за  счет энергии концентрационного  градиента  ионов  натрия.

В клетках обнаружен белок, обменивающий внеклеточные ионы натрия на внутриклеточные протоны — Na⁺/H⁺ — обменник. Этот переносчик играет важную роль в поддержании постоянства внут­риклеточного рН. Скорость, с которой осуществляется Na⁺/Ca²⁺ и Na⁺/H⁺ — обмен, пропорциональна электрохимическому градиенту Na⁺ через мембрану. При уменьшении внеклеточной концентрации Na⁺ ингибировании Na⁺ ,  K⁺-АТФазы сердечными гликозидами или в бескалиевой среде внутриклеточная концентрация кальция и про­тонов увеличена. Это увеличение внутриклеточной концентрации Са²⁺ при ингибировании Na⁺, K⁺-АТФазы лежит в основе применения в клинической практике сердечных гликозидов для усиления сердеч­ных  сокращений.