Генетический контроль функции клетки. Синтез белка.

Все клеточные функции осуществляются специфическими белка­ми — ферментами. Поэтому основной механизм регуляции внутри­клеточных процессов связан с влиянием на эти функции указанных белков. Эта регуляция осуществляется через усиление или ослабле­ние синтеза ферментов на генетическом уровне, контролируемом ДНК, но может быть направлена и на изменение активности уже синтезированных ферментов, как стимулируя, так и тормозя ее. В обоих способах регуляции внутриклеточных процессов участвуют гормоны, медиаторы (вещества, выделяемые нервными окончания­ми), а также продукты, синтезируемые в самой клетке. В последнем случае регуляция генетического контроля функции клеток осущест­вляется по принципу обратной связи.

ДНК передает генетический код клеткам-потомкам и воспроизво­дит этот код, т.е. управляет синтезом белков в клетке, определяя характер синтезируемых ферментов, структурных и секретируемых белков. Для выполнения первой задачи во время деления сомати­ческих клеток (митоза) две цепи, составляющие молекулу ДНК, раз­деляются, и каждая из них оказывается матрицей для синтеза новой цепи, подобной первой. Биосинтез новой цепи ДНК называется репликацией. Репликация ДНК катализируется ДНК-полимеразой и может продолжаться 8- 12 часов. Количество ДНК, представленное в каждой из двух дочерних клеток, равно ее количеству, содержаще­муся в материнской клетке, т.к. в придачу к цепи ДНК, отделив­шейся во время митоза и переданной в дочернюю клетку, добав­ляется дополнительная, вновь синтезированная цепь ДНК. Эти клет-

ки называются диплоидными (2N). В случае деления половых клеток (мейоза) одна диплоидная клетка после двух быстро следующих друг за другом делений дает начало 4 клеткам, содержащим по одному набору хромосом, т.е. половину хромосомного материала по сравне­нию с содержащимся в соматических клетках. Эти клетки называ­ются гаплоидными. Диплоидный набор восстанавливается объедине­нием двух половых клеток, но половина ДНК происходит из поло­вой клетки матери, а другая половина — из клетки отца.

Синтез белка и его регуляция.Управление синтезом белка вклю­чает в себя два этапа: 1) воспроизведение последовательности нук-леотидов, представленных в ДНК, в последовательностях РНК, на­зываемое генетической транскрипцией, 2) использование информа­ции РНК, для синтеза белков из аминокислот (трансляция).

Синтез белков организуется ДНК с различными типами РНК: информационной (иРНК), рибосомальной (рРНК), транспортной (тРНК). Первый тип — иРНК, синтезируется в ядре клетки. Ее синтез на одной из двух цепей ДНК катализируется РНК-полиме-разой (рис. 1.10). Синтезируемая иРНК повторяет последовательность нуклеотидов, составляющих генетический код ДНК. Генетический код представлен последовательностями триплетов оснований нукле­отидов, т.е. каждые три последовательных основания есть "слово"

кода. Каждый триплет кодирует позицию одной аминокислоты. Отсюда триплеты иРНК определяют порядок включения аминокис­лот в молекулу белка во время ее синтеза в клетке. Например, два последовательных триплета (гуанин-гаунин-гаунин, ГГГ и гуанин-тимидин-тимидин, ГТТ) ответственны за размещение двух амино­кислот — пролина и глютаминовой кислоты в молекуле белка. Ко­дирующий триплет иРНК называется кодоном. Следовательно, цепь кодонов, в свою очередь, составляет матрицу для синтеза амино­кислотной цепи белка. Синтез иРНК предваряется активацией нук-леотидов, присоединением к каждому из них двух фосфатных ради­калов, полученным от АТФ клетки, т.е. идет с потреблением энер­гии.

РНК-полимераза "узнает" участок, с которого начинается тран-крипция ДНК, так называемый промотор, присоединяется к нему, расплетает двойную спираль ДНК и, перемещаясь вдоль одной из ее цепей, вдоль составляющих ее структурных генов, образует нить РНК, подобную "списываемому" участку матрицы. Когда РНК-поли­мераза достигает конца копируемого участка {терминатора), на ко­тором заканчивается информация о синтезируемом белке, синтез молекулы РНК прерывается, она отделяется от матрицы в нуклео-плазму, а двойная спираль ДНК вновь восстанавливается.

Описанная транскрипция генов ДНК происходит на участке, на­зываемом опероном (рис.1.11). В его состав помимо промотора, структурных генов и терминатора входит оператор, расположенный за промотором, с которым взаимодействует регуляторный белок — репрессор. Репрессор, взаимодействуя с оператором, разрешает или тормозит движение РНК-полимеразы. Это объясняется тем, что репрессорный белок существует в двух различных формах, одна из которых, связываясь с оператором, тормозит транскрипцию, другая же этого эффекта не производит. Например, гемопротеин, связан­ный с молекулой кислорода, тормозит в клетках почек транскрип-

цию генов, ответственных за синтез гормона эритропоэтина. При гипоксии почек гемопротеин лишается молекулы О₂, его сродство к оператору понижается и синтез эритропоэтина активируется (глава 6). Сродство репрессора к оператору может повышаться или пони­жаться под влиянием различных клеточных продуктов реакции, ка­тализируемой ферментами, синтез которых контролируется оперо-ном. Так, увеличение количества синтезируемого вещества угнетает оперон по механизму отрицательной обратной связи, что позволяет клетке регулировать процесс транскрипции и количество синтезиру­емого белка. Обработанная ферментами нуклеоплазмы иРНК посту­пает через поры в ядре в цитоплазму и прикрепляется к рРНК.

Второй тип РНК — тРНК. В клетке много различных типов тРНК, но каждый из них комбинируется только с одной из 20 аминокислот, "узнает" кодон соответствующей аминокислоты на иРНК и транспортирует аминокислоту к этому месту. Таким обра­зом, каждая тРНК является переносчиком специфической для нее аминокислоты к месту сборки белка — к полисомам. Аминокислоты вступают в синтез определенного белка после активации их моле­кулой АТФ, т.е. лишь активированная АТФ аминокислота соединя­ется с молекулой специфической тРНК. Специфический кодон в тРНК, который позволяет ей узнавать комплементарный кодон в иРНК — это также триплет нуклеотидных оснований и называется он антикодон. Во время формирования молекулы белка антикодо-новые основания соединяются водородными мостиками с основа­ниями кодона иРНК. Благодаря этому, аминокислоты выстраиваются одна за другой вдоль цепи иРНК, образуя соответствующую после­довательность аминокислот в молекуле белка.

Третий тип РНК — рРНК. Ею образовано около 60% массы рибосом. Гены ДНК для формирования рРНК локализованы в пяти различных хромосомах, что связано с высокой потребностью клетки в данном типе РНК. Синтезированная рРНК накапливается в нук-леоле, где формируются изначальные субъединицы рибосом. Затем они высвобождаются из нуклеолы и поступают в цитоплазму, где объединяются, формируя зрелые, функционирующие рибосомы, со­стоящие из маленьких и больших субъединиц (первые содержат 1 молекулу РНК и белки, вторые — 3 молекулы РНК и большое количество белков). иРНК и тРНК образуют комплекс с маленькой субъединицей. Большая субъединица удерживает растущую полипеп­тидную цепь, обеспечивает функции ферментов, поддерживающих пептидные связи между формирующими полипептидную цепочку аминокислотами.

По мере того, как аминокислоты соединяются одна с другой в последовательности, определяемой порядком расположения трипле­тов иРНК, рибосома скользит вдоль цепи иРНК, наращивая поли­пептидную цепь. Когда рибосома достигает конца цепи иРНК, она освобождает синтезированный белок и молекулу тРНК, которая вновь используется в трансляции. Клетками много раз может быть использована и молекула иРНК.

1.6. Трансмембранный пассивный транспорт.

У животных с замкнутой сосудистой системой внеклеточная жид­кость условно разделяется на два компонента: интерстициальная жидкость и циркулирующая плазма крови. Интерстициальная жид­кость представляет собой часть внеклеточной жидкости, которая рас­положена вне сосудистой системы и омывает клетки. Около 1/3 общей воды тела составляет внеклеточная жидкость, остальные 2/3 — жидкость внутриклеточная.

Концентрации электролитов и коллоидных веществ существенно отличаются в плазме, интерстициальной и внутриклеточной жидкос­тях. Наиболее выраженные различия состоят в относительно низком содержании белков-анионов в интерстициальной жидкости, в срав­нении с внутриклеточной жидкостью и плазмой крови, и более высоких концентрациях натрия и хлора в интерстициальной, а ка­лия во внутриклеточной жидкости.

Неодинаковый состав различных жидких сред тела в значительной степени обусловлен природой разделяющих их барьеров. Клеточные мембраны отделяют внутриклеточную от внеклеточной жидкости, стенки капилляров — интерстициальную жидкость от плазмы. Пере­нос веществ через эти барьеры может происходить пассивно за счет диффузии, фильтрации и осмоса, а также посредством активного транспорта.

Пассивный перенос веществ через клеточные мембраны не тре­бует затраты энергии метаболизма. Активный транспорт осуществля­ется транспортными аденозинтрифосфатазами (АТФазами) и проис­ходит за счет энергии гидролиза АТФ. Схематически основные виды транспорта веществ через мембрану клеток представлены на рис.1.12.

Рис.1.12 Виды пассивного и активного транспорта веществ через мембрану.

1,2 — простая диффузия через бислой и ионный канал,

3 — облегченная диффузия, 4 — первично-активный транспорт,

5 — вторично-активный транспорт.

Простая диффузия.Диффузия представляет собой процесс, при помощи которого газ или растворенные вещества распространяются и заполняют весь доступный объем.

Молекулы и ионы, растворенные в жидкости, находятся в хаоти­ческом движении, сталкиваясь друг с другом, молекулами раствори­теля и клеточной мембраной. Столкновение молекулы или иона с мембраной может иметь двоякий исход: молекула либо "отскочит" от мембраны, либо пройдет через нее. Когда вероятность последнего события высока, то говорят, что мембрана проницаема для данного вещества.

Если концентрация вещества по обе стороны мембраны различна, возникает поток частиц, направленный из более концентрированно­го раствора в разбавленный. Диффузия происходит до тех пор, пока концентрация вещества по обе стороны мембраны не выравнивается. Через клеточную мембрану проходят как хорошо растворимые в воде {гидрофильные) вещества, так и гидрофобные, плохо или совсем в ней нерастворимые.

Гидрофобные, хорошо растворимые в жирах вещества, диффунди­руют благодаря растворению в липидах мембраны. Вода и вещества хорошо в ней растворимые проникают через временные дефекты углеводородной области мембраны, т.н. кинки, а также через поры, постоянно существующие гидрофильные участки мембраны.

В случае, когда клеточная мембрана непроницаема или плохо про­ницаема для растворенного вещества, но проницаема для воды, она подвергается действию осмотических сил. При более низкой кон­центрации вещества в клетке, чем в окружающей среде, клетка сжи­мается; если концентрация растворенного вещества в клетке выше, вода устремляется внутрь клетки.

Осмос— движение молекул воды (растворителя) через мембрану из области меньшей в область большей концентрации растворенного вещества. Осмотическим давлением называется то наименьшее дав­ление, которое необходимо приложить к раствору для того, чтобы предотвратить перетекание растворителя через мембрану в раствор с большей концентрацией вещества.

Молекулы растворителя, как и молекулы любого другого вещества, приводятся в движение силой, возникающей вследствие разности химических потенциалов. Когда какое-либо вещество растворяется, химический потенциал растворителя уменьшается. Поэтому в облас­ти, где концентрация растворенного вещества выше, химический по­тенциал растворителя ниже. Таким образом, молекулы растворителя, перемещаясь из раствора с меньшей в раствор с большей концент­рацией, движутся в термодинамическом смысле "вниз", "по гради­енту".

Объем клеток в значительной степени регулируется количеством содержащейся в них воды. Клетка никогда не находится в состо­янии полного равновесия с окружающей средой. Непрерывное дви­жение молекул и ионов через плазматическую мембрану изменяет концентрацию веществ в клетке и, соответственно, осмотическое

давление ее содержимого. Если клетка секретирует какое-либо ве­щество, то для поддержания неизменной величины осмотического давления она должна либо выделять соответствующее количество воды, либо поглощать эквивалентное количество иного вещества. Поскольку среда, окружающая большинство клеток гипотонична, для клеток важно предотвратить поступление в них больших количеств воды. Поддержание же постоянства объема даже в изотонической среде требует расхода энергии, поэтому в клетке концентрация ве­ществ неспособных к диффузии (белков, нуклеиновых кислот и т.д.) выше, чем в околоклеточной среде. Кроме того, в клетке постоянно накапливаются метаболиты, что нарушает осмотическое равновесие. Необходимость расходования энергии для поддержания постоянства объема легко доказывается в экспериментах с охлаждением или ингибиторами метаболизма. В таких условиях клетки быстро набу­хают.

Для решения "осмотической проблемы" клетки используют два способа: они откачивают в интерстиций компоненты своего содер­жимого или поступающую в них воду. В большинстве случаев клет­ки используют первую возможность — откачку веществ, чаше ионов, используя для этого натриевый насос (см.ниже).

В целом объем клеток, не имеющих жестких стенок, определяется тремя факторами: а) количеством содержащихся в них и неспособ­ных к проникновению через мембрану веществ; б) концентрацией в интерстиций соединений, способных проходить через мембрану; в) соотношением скоростей проникновения и откачки веществ из клетки.

Большую роль в регуляции водного баланса между клеткой и окружающей средой играет эластичность плазматической мембраны, создающей гидростатическое давление, препятствующее поступлению воды в клетку. При наличии разности гидростатических давлений в двух областях среды вода может фильтроваться через поры барьера, разделяющего эти области.

Явления фильтрации лежат в основе многих физиологических про­цессов, таких, например, как образование первичной мочи в нефроне, обмен воды между кровью и тканевой жидкостью в капиллярах.

Диффузия ионов.Диффузия ионов происходит, в основном, через специализированные белковые структуры мембраны — ионные ка­налы, когда они находятся в открытом состоянии. В зависимости от вида ткани клетки могут иметь различный набор ионных каналов. Различают натриевые, калиевые, кальциевые, натрий-кальциевые и хлорные каналы. Перенос ионов по каналам имеет ряд особеннос­тей, отличающих его от простой диффузии. В наибольшей степени это касается кальциевых каналов.

Ионные каналы могут находиться в открытом, закрытом и инак-тивированном состояниях. Переход канала из одного состояния в другое управляется или изменением электрической разности потен­циалов на мембране, или взаимодействием физиологически активных веществ с рецепторами. Соответственно, ионные каналы подразде­ляют на потенциал-зависимые и рецептор-управляемые. Избира-

39

тельная проницаемость ионного канала для конкретного иона опре­деляется наличием специальных селективных фильтров в его устье.

Облегченная диффузия.Через биологические мембраны кроме воды и ионов путем простой диффузии проникают многие вещества (от этанола до сложных лекарственных препаратов). В то же время даже сранительно небольшие полярные молекулы, например, гликоли, мо­носахариды и аминокислоты практически не проникают через мем­брану большинства клеток за счет простой диффузии. Их перенос осуществляется путем облегченной диффузии. Облегченной называется диффузия вещества по градиенту его концентрации, которая осущест­вляется при участии особых белковых молекул-переносчиков.

Транспорт Na⁺, K⁺, Сl^-, Li⁺, Ca²⁺, НСО₃^- и Н⁺ могут также осуществлять специфические переносчики. Характерными чертами этого вида мембранного транспорта являются высокая по сравнению с простой диффузией скорость переноса вещества, зависимость от строения его молекул, насыщаемость, конкуренция и чувствитель­ность к специфическим ингибиторам — соединениям, угнетающим облегченную диффузию.

Все перечисленные черты облегченной диффузии являются резуль­татом специфичности белков-переносчиков и ограниченным их ко­личеством в мембране. При достижении определенной концентрации переносимого вещества, когда все переносчики заняты транспорти­руемыми молекулами или ионами, дальнейшее ее увеличение не при­ведет к возрастанию числа переносимых частиц — явление насыщения. Вещества, сходные по строению молекул и транспортируемые одним и тем же переносчиком, будут конкурировать за переносчик — явление конкуренции.

Различают несколько видов транспорта веществ посредством облегченной диффузии (рис. 1.13): уни-порт, когда молекулы или ионы переносятся через мебрану независимо от наличия или переноса других соединений (тран­спорт глюкозы, амино­кислот через базальную мембрану эпителиоцитов); симпорт, при котором их перенос осуществляется одновременно и однона-правленно с другими со­единениями (натрий- за­висимый транспорт Сахаров и аминокислот Na⁺ K⁺, 2Cl^- и котран-спорт); антипорт — (транспорт вещества обусловлен одновремен­ным и противоложно направленным транспортом другого соедине­ния или иона (Na⁺/Ca²⁺, Na⁺/H⁺ Сl^-/НСО₃ ^-— обмены). Симпорт и

40

антипорт — это виды котранспорта, при которых скорость пере­носа контролируется всеми участниками транспортного процесса.

Природа белков-переносчиков неизвестна. По принципу действия они делятся на два типа. Переносчики первого типа совершают челночные движения через мембрану, а второго — встраиваются в мембрану, образуя канал. Промоделировать их действие можно с помощью антибиотиков-ионофоров, переносчиком щелочных метал­лов. Так, один из них — (валиномицин) — действует как истинный переносчик, переправляющий калий через мембрану. Молекулы же грамицидина А, другого ионофора, встаиваются в мембрану друг за другом, формируя "канал" для ионов натрия.

Большинство клеток обладают системой облегченной диффузии. Однако перечень метаболитов, переносимых с помощью такого ме­ханизма, довольно ограничен. В основном, это сахара, аминокисло­ты и некоторые ионы. Соединения, являющиеся промежуточными продуктами обмена (фосфорилированные сахара, продукты метабо­лизма аминокислот, макроэрги), не транспортируются с помощью этой системы. Таким образом, облегченная диффузия служит для переноса тех молекул, которые клетка получает из окружающей среды. Исключением является транспорт органических молекул через эпителий, который будет рассмотрен отдельно.

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 транспортными АТФа-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 Е₁ и 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

41

клетки и обладает большим сродством к Na⁺, а при конформации Е₂ — наружу и имеет высокое сродство к К⁺. В присутствии АТФ и Na⁺ в цитоплазме запускается фосфорилирование фермента и происходит присоединение 3-х ионов натрия к области связывания ионов в молекуле Na⁺/K⁺-АТФазы. В результате происходит такое изменение конформации фермента, при котором участок молекулы, присоеди­нивший 3 иона натрия, оказывается на наружной стороне мембраны и его сродство к ионам натрия уменьшается (переход в форму Е₂). Уменьшение сродства Na, К-АТФазы к Na⁺ приводит к освобожде­нию этих ионов во внеклеточную жидкость.

В новой конформации фермента (Е₂) его область связывания об­ладает высоким сродством к К⁺. Связывание 2-х ионов калия ведет к дефосфорилированию фермента и второму изменению конформа­ции молекулы — переход в Е,. В конформации E₁ область связы­вания ионов в молекуле Na⁺, К⁺ — АТФазы вновь обращена внутрь и имеет высокое сродство к Na⁺ и низкое к К⁺. Ионы калия освобождаются в цитоплазму и цикл работы фермента повторяется.

Таким образом, соотношение числа переносимых за один цикл работы фермента ионов натрия и калия и, соответственно, элект­рических зарядов равно 3/2. Следовательно, этот ионный насос яв­ляется электрогенным — при его работе возникает чистый поток положительных зарядов из клетки — выходящий ток.

Активный транспорт Са²⁺ осуществляется Са²⁺-АТФазой, для ко­торой также характерно циклическое изменение сродства к перено­симому иону. Например, в скелетной мышце имеется сложная сеть трубочек и пузырьков — саркоплазматический ретикулум. Его ос­новная функция — регуляция концентрации Са₂⁺ в цитоплазме. Низкая концентрация Са²⁺ в цитоплазме в покоящейся мышце под­держивается благодаря работе Са²⁺-АТФазы мембраны саркоплазма-тического ретикулума. Цикл превращения этого фермента в процес­се транспорта Са²⁺ из цитоплазмы, где его концентрация низкая (менее 10^-7 М), в трубочки и пузырьки саркоплазматического рети­кулума, где его концентрация высокая (10^-3 — 10^-2 М) состоит в следующем.

Когда в цитоплазме скелетного мышечного волокна присутствует АТФ и Са²⁺ происходит фосфорилирование Са²⁺-АТФазы и присо­единение Са²⁺ к особой области фермента, которая называется каль­ций-связывающим участком. Этот участок молекулы Са²⁺-АТФазы в конформации Е, обращен в цитоплазму мышечного волокна. Фос­форилирование фермента и связывание Са²⁺ ведет к изменению кон­формации молекулы, в результате которого кальций-связывающий участок оказывается уже на стороне мембраны, обращенной в про­свет саркоплазматического ретикулума. В новой конформации (Е₂) фермент обладает меньшим сродством к Са²⁺, поэтому Са²⁺ отщеп­ляется от него и поступает во внутриретикулярное пространство. Следующая стадия превращения фермента — дефосфорилирование и второе изменение конформации молекулы, при котором его срод­ство к Са²⁺ вновь увеличивается и кальций-связывающий участок оказывается на обращенной в цитоплазму стороне мембраны сарко-

42

плазматического ретикулума. Для осуществления этой стадии пре­вращения Са²⁺-АТФазы необходимо присутствие в саркоплазмати-ческом ретикулуме ионов магния. В последующем цикл работы фермента повторяется.

Вторичный 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.