29. Активный транспорт ионов Ca и н. Значимость ионных градиентов, создаваемых системами активного транспорта, для жизнедеятельности клетки.

Когда клетка получает сигнал извне, в ее плазматической мембране открывается потенциал – зависимые каналы, через ионы Ca входят во внутрь со скоростью в 2-4 раза превышающей нормальную. Эти каналы пропускают в цитозоль клетки только ионы Ca, но не другие ионы. Некоторые из кальциевых каналов чувствительны к изменению трансмембранной разности потенциалов, другие связанны с рецепторами клеточной поверхности и реагируют на взаимодействие рецептора с гормоном или нейромедиатором. Ca участвует в регуляции таких процессов, как мышечные сокращения, секреция гормонов, пищеварительных ферментов, транспорт солей и воды через выстилку кишечника, метаболизм гликогена в печени. После проделанной работы Ca должен быть выведен из клетки. Этот транспорт и совершает специальный кальциевый насос, молекулярной основой является Ca – АТФаза. Она имеет менее сложную структуру, чем Na – K - АТФаза и представляет собой моно мерный белок (состоит из одной полипептидной цепи). 2 типа: 1. Осуществляет выброс Ca из клетки в окружающую среду (Ca – насос плазматических мембран)

2. Осуществляет аккумуляцию ионов Ca из цитозоля клетки во внутриклеточное депо (Ca – насос внутри мембран, саркоплазматический ретикулум). Следует подчеркнуть, что обе АТФазы качают Ca против его концентрационного градиента, затрачивая энергию АТФ, то есть осуществляя первично – активный транспорт ионов. Фермент пронизывает мембрану спиральными участками (колоннами). 11 раз, образуя несколько петель. Длинная петля между 445 колонами содержит участок, связывает АТФ в виде комплекса Mg – АТФ: рядом находится и участок фосфорилирования фермента. Ионы Ca связываются на участке между 2-й и 3-й колонами. В связывании ионов Ca участвуют боковые радикалы остатков аспарагиновой кислоты, несущие отрицательные заряды. Неподалеку от места связывания АТФ располагается участок полипептидной цепи, отвечает за химическое взаимодействие фермента с фосфоламбаином – ингибитором Ca – АТФаза. Фосфоламбан – белок, уменьшает сродство фермента к Ca, может фосфорилироваться протинкиназами, в результате чего сродство его к ферменту существенно снижается, а свободная Ca – АТФаза восстанавливает свою активность. У Ca – АТФазы цитоплазматической мембраны имеется участок связывания белка, активирующего фермент. Ca – АТФаза тоже может работать в режиме АТФ – синтитазы, если нагрузить изолированные везикулы саркоплазматического ретикулума Ca, а затем убрать Ca из окружающей среды с помощью ЭДТА. Для этого фермента характерна обратимость работы. Перенос электронов в энергосопрягающих мембранах митохондрий, хлоропластов и бактерий сопровождается трансмембранным переносом Н и образованием градиента электрохимического потенциала этого иона ∆μ_Н+, включает электрохимический (мембранный потенциал) и концентрационный (градиент pH) компоненты: ∆μ_Н+ = RTln (C_i/C₀) + ZF (φ_i – φ₀) = 2 F∆ φ – 2,3RT ∆ pH. I и 0 – растворы внутри и снаружи мембранной системы. Перенос Н⁺ через мембраны может осуществиться механизмами 3 типов. В некоторых мембранах существуют подвижные переносчики протонов (пластохинон в хлоропластах). Возможны так же Конформационные переходы мембранного белка при связывании протона на одной стороне мембраны и депротонировании белка с другой стороны мембраны, сопряженные с поворотом макромолекулы в мембране, присоединенный протон пересекает мембрану. Наконец, протоны могут транспортироваться через мембрану по специализированным структурам - Н⁺ - каналам. Протонный канал представляет собой узкую полость, образованную померными группами белка. Протонный канал – важный компонент всех Н⁺ - АТФаз. Он образован гидрофобной частью субъединицы сопрягающего фактора – комплексом CF₀. По Н⁺ - каналу протоны поступают к католическому участку транспортной системы, осуществляется сопряжение переноса Н⁺ с реакциями синтеза – гидролиза АТФ. В общем виде систему активного транспорта рассматривают как трансмембранный канал с большим числом участков связывания Н⁺ , транслокация протонов происходит за счет последовательных перескоков Н⁺ между участками связывания. Такой ионный канал может работать как ионный насос, если структура энергетических барьеров претерпевает динамические изменения за счет энергообеспечивающей реакции, например изменяется константа диссоциации протон – связывающих участков канала и высота соседних барьеров. В одном случае протон будет освобождаться преимущественно с одной стороны мембраны, а поглощаться с другой. В Н⁺ - помпе переносится 2 протона. В биологических мембранах системы водородных связей, транспортируются протоны, образованы полярными группами, не участвующими в формировании Н – связей α – спирали полипептидной цепи. Эстафетная передача протонов возможна лишь при чередовании стадий перескока протона и поворотов химических связей в области образовавшегося дефекта. Сначала происходит перескок протона от группы к группе, а затем поворот группы (вокруг связи С – О), в результате происходит дополнительное смещение заряда, и система связей возвращается в исходное состояние. В результате поворота химические группы или молекул воды образуется конфигурация, не допускающая возврат протона в начальное положение. В жесткой структуре α – спирали повороты групп крайне затруднены, поэтому система Н – связей α – спирали не способна проводить протоны. Благодаря размещению заряда протона при переносе между ионами и поворотными дефектами существенно снижается энергетический барьер переноса Н⁺ через мембрану. Схема 1.