2
Транспорт через мембрану клетки
Содержание
Введение
Натрий-калиевый обменный насос
Биохимические свойства натрий-калиевой АТФазы
Кальциевые насосы
АТФазы зндоплазматического и саркоплазматического ретикулумов
АТФазы плазматической мембраны
Натрий-кальциевый обменник
Транспортные системы натрий-кальциевого обмена
Реверсия направления работы NCX
Натрий-кальциевый обменник в палочках сетчатки
Литература
Введение
Вход и выход ионов через каналы в мембране нейрона имеет пассивный
характер и происходит благодаря наличию электрических и химических
градиентов. Для компенсации результатов передвижения ионов клетка
использует активные транспортные механизмы, которые затрачивают энергию
на перемещение ионов в направлении, противоположном их электрохимическим
потенциалам. Таким образом, концентрации ионов в цитоплазме
поддерживаются на постоянном уровне, что позволяет сохранить неизменным
потенциал покоя, а также генерировать электрические сигналы.
Первичный активный транспорт осуществляется за счет энергии гидролиза
АТФ. Наиболее распространенный пример такого транспорта –
натрий-калиевый обменник, или насос. Специальная молекула, называемая
натрий-калиевой АТФазой, осуществляет за счет энергии расщепления одной
молекулы АТФ перенос трех ионов натрия наружу и двух ионов калия внутрь
клетки. Поскольку в результате каждого транспортного цикла происходит
изменение суммарного трансмембранного заряда на единицу, натрий-калиевый
насос является электрогенным, то есть производит электричество.
Другой пример активного ионного транспорта – АТФазы, выводящие кальций
из цитоплазмы: кальциевые АТФазы плазматической мембраны выкачивают
кальций за пределы клетки, а АТФазы эндоплазматического и
саркоплазматического ретикулумов закачивают кальций из цитоплазмы во
внутриклеточные структуры.
Вторичный активный транспорт основан на энергии передвижения ионов
натрия в направлении их электрохимического градиента. При этом другие
ионы переносятся за счет движения ионов натрия либо в том же
(ко-транспорт), либо в обратном направлении (ионообмен). Примером такого
механизма является натрий-кальциевый обменник, выводящий один ион
кальция за счет входа в клетку трех ионов натрия. Как и все системы
активного транспорта, этот обменник обратим и может работать как в
прямом, так и в обратном направлении, в зависимости от соотношения
электрических и химических градиентов для обоих ионов. Вторая система
натрий-кальциевого обмена встречается в клетках сетчатки и осуществляет
перенос одного иона кальция и одного иона калия наружу, в обмен на
четыре входящих иона натрия. Энергия входа натрия в клетку используется
также для переноса ионов хлора и бикарбоната через клеточную мембрану.
Все вышеперечисленные механизмы основаны на передвижении натрия в
направлении его электрохимического градиента и, следовательно, зависят
от эффективности работы натрий-калиевого насоса, обеспечивающего
поддержание этого градиента.
Транспорт медиаторов необходим для функционирования нейронов. Накопление
молекул медиатора в синаптических пузырьках (везикулах) в цитоплазме
пресинаптического окончания невозможно без такого транспорта,
основанного на перемещении ионов (ионно-сопряженный транспорт). Подобный
же механизм используется для обратной закачки медиатора после его
выброса в синаптическую щель.
Натрий-калиевый обменный насос
Большинство возбудимых клеток имеют потенциал покоя от – 90 до – 60 мВ.
Равновесный потенциал для ионов натрия (ENa) – обычно порядка +50 мВ.
Таким образом, существует большой электрохимический потенциал,
стремящийся перенести ионы натрия внутрь клетки. Такой перенос
осуществляется при помощи многочисленных механизмов. Кроме того,
равновесный потенциал для калия более отрицателен, чем потенциал покоя,
вследствие чего ионы калия постоянно выводятся из клетки. Для
поддержания жизнеспособности клетки необходимо, чтобы ионы натрия
непрерывно переносились наружу, а ионы калия внутрь клетки, т.е. против
их электрохимических градиентов. Для этой цели в мембране клетки
существует натрий-калиевый обменный насос, который при каждом своем
цикле переносит три иона натрия наружу и два иона калия внутрь клетки.
Уже ранние эксперименты Ходжкина и Кейнеса на гигантском аксоне кальмара
убедительно показали, что источником энергии для этого процесса является
расщепление АТФ. В то же время Скау продемонстрировал, что АТФаза,
изолированная из нерва краба, обладает многими из биохимических
характеристик, которые должен иметь натрий–калиевый насос.
Действительно, как для работы насоса, так и для активации АТФазы
необходимо присутствие ионов натрия и калия. Кроме того, уабаин
(ouabain) одинаково блокирует активность насоса и АТФазы.
На основе этих наблюдений был сделан вывод о том, что натрий-калиевая
АТФаза и есть натрий-калиевый насос. Она принадлежит к семейству АТФаз
Р-типа (P-type), получившему свое название потому, что в процессе работы
эти АТФазы образуют фосфорилированную форму. Перенос ионов
осуществляется за счет энергии расщепления АТФ. К этому же семейству
относятся кальциевые АТФазы, выводящие ионы кальция из цитоплазмы
клетки, и протон-калиевые АТФазы, наиболее примечательная функция
которых заключается в секреции большого количества кислоты в полость
желудка.
Биохимические свойства натрий-калиевой АТФазы
Биохимические свойства натрий-калиевой АТФазы хорошо известны уже на
протяжении многих лет. Стехиометрическое соотношение связываемых
катионов совпадает со свойствами транспортного процесса: в среднем, на
каждую расщепляемую молекулу АТФ переносится три иона натрия и два иона
калия. Избирательность к ионам калия весьма высока: это единственный
субстрат, переносимый насосом наружу клетки, и единственный
моновалентный катион, не принимаемый насосом для переноса внутрь.
Например, литий, аммоний, рубидий, цезий и таллий могут заменить калий
во внеклеточном растворе, но не натрий во внутриклеточном. В отсутствии
калия насос переносит натрий гораздо менее эффективно (около 10%
мощности).
Специфическим блокатором натрий-калиевой транспортной системы являются
вещества, используемые при лечении сердечнойнедостаточности (digitalis
glycosides), в особенности уабаин и строфантидин. Блокируя активный
транспорт натрия и калия, эти вещества не оказывают воздействия на
пассивное перемещение ионов через ионные каналы в мембране.
Кальциевые насосы
Изменение концентрации ионов кальция внутри клетки играет важнейшую роль
во многих процессах жизнедеятельности нейронов, таких как высвобождение
медиатора в синаптическую щель, активация ионных каналов в клеточной
мембране, а также регуляция целого ряда цитоплазматических ферментов.
В мышечных клетках кальций играет ключевую роль в запуске процесса
сокращения мышечного волокна. Все эти функции связаны с кратковременным
повышением концентрации кальция в цитоплазме, поэтому важной задачей для
клетки является поддержание неизменного уровня кальция в покое. В
противном случае различные кальций – зависимые механизмы будут
активироваться не в ответ на специфическое раздражение, а постоянно.
Изменение концентрации кальция в цитоплазме может происходить по двум
причинам: кальций может входить или выходить через клеточную мембрану,
либо переходить из цитоплазмы во внутриклеточные органеллы и обратно, в
первую очередь в эндоплазматический ретикулум (в мышце –
саркоплазматический ретикулум) и митохондрии. Для измерения
внутриклеточной концентрации кальция в клетку вводятся специальные
вещества, такие как экворин (aequorin) или фура-2 (fura2), которые
излучают или поглощают свет при связывании ионизированного кальция.
Другой способ отслеживания изменений уровня кальция – трансфекция особых
белковых комплексов, созданных при помощи генной инженерии таким
образом, что их флуоресцентные свойства изменяются в зависимости от
концентрации ионизированного кальция. В обоих случаях изменения в
поглощении или излучении, пропорциональные изменениям уровня кальция,
измеряются с помощью высокочувствительных оптических методов. Средняя
концентрация кальция в покое для большинства нейронов составляет от 10
до 100 нМ. Уровень кальция в межклеточном пространстве позвоночных
составляет от 2 до 5 ммоль.
Для поддержания низкой внутриклеточной концентрации кальция необходим
механизм, осуществляющий непрерывный вывод кальция из клетки вопреки
наличию значительного концентрационного градиента. Кроме того, системы
кальциевого транспорта через внутриклеточные мембраны поддерживают
высокую концентрацию кальция в органеллах. Так, уровень кальция в
эндоплазматическом ретикулуме может достигать 400 мкмоль, а в
саркоплазматическом ретикулуме мышцы поднимается до 10 ммоль. Молекула,
ответственная за транспорт кальция через плазматическую и
цитоплазматическую мембраны, называется кальциевая АТФаза. Еще один
механизм транспорта кальция будет обсуждаться ниже в этой главе.
АТФазы зндоплазматического и саркоплазматического ретикулумов
Одно из семейств АТФаз расположено в мембране эндоплазматического
ретикулума нейронов, а также в саркоплазматической мембране скелетной
мышцы. Эти АТФазы переносят ионы кальция из цитоплазмы во
внутриклеточные органеллы. Сокращение мышечного волокна происходит при
освобождении кальция из саркоплазматического ретикулума в миоплазму.
Быстрое устранение ионов кальция из миоплазмы, необходимое для
релаксации мышцы, обеспечивается за счет высокой концентрации АТФаз в
мембране саркоплазматического ретикулума.
Кальциевый транспортный цикл в принципе аналогичен циклу работы
натрий-калиевого насоса. Он начинается с присоединения двух ионов
кальция к местам связывания, расположенным в цитоплазме и обладающим
высоким сродством к кальцию (Km (Ca) ~ 100 нМ) Затем происходит
фосфорилирование фермента и изменение его конформации, в результате чего
ионы кальция переносятся внутрь ретикулума. После освобождения кальция
молекула АТФазы дефосфорилируется и возвращается в свое первоначальное
состояние.
АТФазы плазматической мембраны
Кальциевые АТФазы встречаются также в плазматической мембране любой
клетки. За исключением некоторых деталей, строение и функция этих АТФаз
не отличается от кальциевых АТФаз эндоплазматического и
саркоплазматического ретикулумов. Внутриклеточное место связывания
обладает высоким сродством к кальцию, однако во время транспортного
цикла происходит связывание всего одного иона кальция. Концентрация
АТФаз в плазматической мембране нейронов и мышечных клеток довольно
низка, поэтому эффективность этой транспортной системы не слишком
высока. Тем не менее, с задачей устранения входящего в клетку кальция
она справляется.
Натрий-кальциевый обменник
Во многих механизмах ионного транспорта используется совершенно иной
принцип переноса ионов через мембрану против электрохимического
градиента. Вместо энергии расщепленной молекулы АТФ эти механизмы
используют энергию уже существующего перемещения ионов натрия в
направлении их концентрационного градиента, то есть внутрь клетки.
Один из примеров – натрий-протоновый обменник, переносящий ионы в
соотношении 1: 1 и участвующий в поддержании внутриклеточного рН.
Протоны переносятся из клетки наружу вопреки электрохимическому
градиенту в обмен на ионы натрия, перемещаемые внутрь клетки.
Подобным же образом переносятся кальций, калий, бикарбонат и хлор. В
результате работы этих вторичных транспортных механизмов, в состоянии
покоя внутрь клетки попадает значительное количество натрия. Тем более
важна роль натрий-калиевых обменников, выводящих натрий обратно во
внеклеточную среду.
В некоторых случаях механизмами вторичного активного транспорта
используется энергия перемещения ионов калия в направлении их
электрохимического градиента.
Транспортные системы натрий-кальциевого обмена
Существуют по крайней мере два механизма натрий-кальциевого обмена.
Наиболее часто встречаются обменники типа NCX (Na-Са exchange), которые
были впервые описаны в сердечной мышце, нерве краба и аксоне кальмара.
При переносе транспортной молекулой одного иона кальция наружу
происходит перенос трех ионов натрия внутрь клетки. Несмотря на то, что
сродство NCX к кальцию ниже, чем у кальциевой АТФазы, общая мощность
этого транспортного механизма выше приблизительно в 50 раз, поскольку
плотность таких молекул в мембране значительно выше. NCX играют важную
роль в условиях повышенного входа кальция в клетку, вызванного
электрической активностью и превышающего возможности АТФаз по устранению
избыточного кальция из клетки.
Для измерения внутриклеточной концентрации кальция использовали
флуоресцентную молекулу экворин (aequorin). В состоянии покоя вход
кальция в направлении электрохимического градиента уравновешивается за
счет переноса ионов из клетки ионным обменником. В начале опыта
внутриклеточная концентрация кальция высока потому, что уровень кальция
снаружи аксона повышен (112 ммоль).
При снижении внеклеточной концентрации снижается и пассивный вход
кальция в аксон. В результате снижается внутриклеточная концентрация
кальция, и движущая сила для этого иона возрастает до тех пор, пока
скорость пассивного тока вновь не сравняется со скоростью выброса
кальция.
С другой стороны, снижение внеклеточной концентрации натрия приводит к
увеличению внутриклеточной концентрации кальция, поскольку обменник
медленнее выводит кальций в условиях сниженной движущей силы для натрия.
Поэтому происходит повышение внутриклеточного уровня кальция, снижающее
скорость входа кальция в клетку. Замена ионов кальция ионами лития, не
способными участвовать в работе обменника, приводит к дальнейшему
повышению внутриклеточной концентрации кальция.
Реверсия направления работы NCX
Изменение градиентов для одного или нескольких ионов, участвующих в
работе обменника, может привести к перемене направления его работы.
Интересно, что в случае NCX такая смена направления может произойти в
физиологических условиях. При этом кальций будет переноситься внутрь
клетки, а натрий – выводиться из нее. Направление работы NCX
определяется разницей между энергией, выделяемой при перемещении трех
ионов натрия внутрь клетки, и энергией, необходимой для переноса одного
иона кальция наружу. Одним из факторов, определяющих этот энергетический
баланс, является мембранный потенциал. Влияние потенциала мембраны
обусловлено тем, что процесс ионообмена не является электрически
нейтральным. Вследствие каждого прямого цикла работы обменника, через
мембрану внутрь клетки переносится один положительный заряд.
Следовательно, гиперполяризация мембраны облегчает прямой цикл
обменника, в то время как деполяризация его затрудняет и может привести
к изменению направления, то есть к работе обменника в режиме обратного
цикла. Следует подчеркнуть, что, несмотря на отсутствие электрической
нейтральности, обменники не являются электрогенными. В отличие от
насосов, они работают за счет электрохимических градиентов, а не
производят их.
Энергия, выделяемая за счет входа ионов натрия в клетку (или энергия,
необходимая для переноса этих ионов наружу), равна про изведению заряда
на разность между равновесным потенциалом для натрия (ENa) и мембранным
потенциалом (Vm). Для трех ионов натрия эта энергия будет равна 3 (. ENa
– Vm). Соответственно, для одного двухвалентного иона кальция энергия
переноса будет равна 2 (ЕСа-Vm). При определенном значении мембранного
потенциала уровни энергии сравняются и перенос прекратится. Обозначив
это значение через потенциал реверсии Vr, получим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 или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При значениях потенциала более отрицательных, чем потенциал реверсии,
натрий перемещается внутрь клетки, а кальций – наружу. При более
положительных значениях направление движения ионов сменяется на
обратное.
Предположим, что концентрации натрия и кальция в клетке принимают
значения 15 ммоль и 100 нМ соответственно, а во внеклеточной среде
находится 150 ммоль натрия и 2 ммоль кальция. Такие значения вполне
вероятны для клеток млекопитающих. По уравнению Нернста, равновесный
потенциал для натрия будет +58 мВ, а для кальция +124 мВ. Потенциал
реверсии, при котором движение ионов через обменник прекратится, будет –
74 мВ. Это значение близко к потенциалу покоя многих клеток
млекопитающих. Следовательно, в отдельно взятой клетке направление
ионообмена может быть как прямым, так и обратным, в зависимости от
текущего значения мембранного потенциала и от того, происходило ли
накопление ионов натрия или кальция в этой клетке. В клетках сердечной
мышцы вход кальция через NCX в ходе потенциала действия способен вызвать
сокращение мышцы, а его последующий вывод из клетки посредством того же
NCX способствует релаксации.
Натрий-кальциевый обменник в палочках сетчатки
Для клеток с низкими значениями потенциала покоя NCX не представляется
надежной системой вывода кальция из цитоплазмы. В таких клетках кальций
сначала будет накапливаться до некоторого, достаточно высокого, уровня.
Примером такой клетки может служить палочка сетчатки млекопитающих,
мембранный потенциал покоя которой обычно находится на уровне – 40 мВ. В
мембране таких клеток встречается другой тип натрий-кальциевого
обменника, RetX. По сравнению с NCX дополнительная энергия для переноса
кальция получается за счет двух отличий в стехиометрии RetX. Во-первых,
вместо трех ионов натрия через RetX проходят четыре. Во-вторых, в работе
обменника участвует ион калия, также перемещающийся в направлении своего
электрохимического градиента и, следовательно, выделяющий при этом
дополнительную энергию. Уравнение потенциала реверсии
натрий–калий-кальциевого обменника имеет следующий вид: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Исходя из подсчитанных выше значений ЕNa и ECa и принимая значение ЕK за
– 90 мВ, получим из уравнения Нернста Vr. = +74 мВ. Очевидно, что
вероятность реверсии ионообмена через RetX весьма мала.
Для лучшего понимания работы RetX представляется целесообразным задать
следующий вопрос: какое значение должен принять равновесный потенциал
ЕCa для того, чтобы Vr сравнялся с потенциалом покоя клетки, т.е. – 40
мВ. С помощью того же уравнения получим 181 мВ, что при внеклеточной
концентрации кальция 2 ммоль дает значение внутриклеточной концентрации
1 нМ. Другими словами, при мембранном потенциале – 40 мВ обменник RetX
обладает достаточной энергией для того, чтобы снизить уровень кальция
внутри клетки до 1 нМ. Интересно отметить, что при тех же условиях NCX
способен понизить внутриклеточную концентрацию кальция только до 383 нМ.
Литература
1. Баранцев Р.Г., Андрианов И.В., Маневич Л.И. Асимптотология – путь к
целостной простоте.
2. Пригожин И., Николис Г. Познание сложного. Введение.
3. Пригожин И., Гленсдорф П. Термодинамическая теория структуры,
устойчивости и флуктуации
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter
