Для переноса ионов против концентрационного градиента

Na⁺/K⁺ насос (или Na⁺/K⁺ АТФ-аза) это тоже, как и ионные каналы комплекс интегральных мембранных белков, которые могут не просто открыть путь для перехода иона по градиентуконцентрации, а активно перемещать ионы против градиента концентрации.Механизм работы насоса представлен на рисунке 11.

1. Белковый комплекс в состоянии Е1, в этом состоянии насос чувствителен к ионам натрия и с цитоплазматической стороны с ферментом связываются 3 иона натрия

2. После связывание ионов натрия происходит гидролиз АТФ и выделяетсяэнергия, необходимая для переноса ионов против градиента концентрации, освобождается АДФ неорганический фосфат (именно поэтому насос и называют Na⁺/K⁺ АТФ-азой).

3. Насос меняет конформацию и переходит в состояние Е2. При этом места связывания ионов натрия оказываются обращенными наружу. В этом состоянии насос обладает низким сродством к натрию и ионы освобождаются во внеклеточную среду.

4. В конформации Е2 фермент обладает высоким сродством к калию и связывает 2 иона.

5. Происходит перенос калия, освобождение его во внутриклеточную среду и присоединение молекулы АТФ – насос вернулся в конформацию Е1, вновь приобрел сродство к ионам натрия и включается в новый цикл.

Рисунок 11. Механизм работы Na⁺/K⁺ насоса

Обратите внимание на то, что Na⁺/K⁺насос переносит 3 иона натрия из клетки в обмен на 2 иона калия. Поэтому насос является электрогенным: суммарно за один цикл из клетки удаляется один положительный заряд. Транспортный белок выполняет от 150 до 600 циклов в секунду. Поскольку работа насоса представляет собой многоступенчатую химическую реакцию, она, подобно всем химическим реакциям, в значительной степени зависит от температуры. Другой характеристикой насоса является наличие уровня насыщения, это означает, что скорость работы насоса не может возрастать бесконечно при повышении концентрации транспортируемых ионов. В отличие от этого поток пассивно диффундирующего вещества растет пропорционально разности концентраций.

Помимо Na⁺/K⁺насоса мембрана содержит еще кальциевый насос, этот насос откачивает ионы кальция из клетки против градиента концентрации с использованием энергии в результате расщепления молекулы АТФ.

Итак, р езультатом работы Na⁺/K⁺насоса является трансмембранная разность концентраций ионов натрия и калия. Выучите значения концентрации ионов вне и внутри клетки!