Рисунок Пример потенциал-зависимого канала

В потенциал-зависимом натриевом канале имеются активационные и инактивационные ворота (заслонки). Активационные и инактивационные заслонки меняют конформацию при различном мембранном потенциале.

Механизм работы Na⁺/K⁺ насоса

 как пример активного транспорта, использующего энергию АТФ

 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.

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 выделяется энергия, 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 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.

Концентрация ионов внутри и вне клетки

Итак, есть два факта, которые необходимо учесть, чтобы понять механизмы, поддерживающие мембранный потенциал покоя.

1. Концентрация ионов калия в клетке значительно выше, чем во внеклеточной среде. 2. Мембрана в покое избирательно проницаема для ионов К⁺, а для Nа⁺ проницаемость мембраны в покое незначительна. Если принять проницаемость для калия за 1, то проницаемость для натрия в покое составит лишь 0,04. Следовательно, существует постоянный поток ионов К⁺ из цитоплазмы по градиенту концентрации. Калиевый ток из цитоплазмы создает относительный дефицит положительных зарядов на внутренней поверхности, для анионов клеточная мембрана непроницаема, в результате цитоплазма клетки оказывается заряженной отрицательно по отношению к окружающей клетку среде. Эта разность потенциалов между клеткой и внеклеточным пространством называется мембранным потенциалом покоя (МПП). В покое клеточная мембрана поляризована – обладает различным зарядом на внутренней и внешней стороне. Если этот заряд уменьшается, говорят о деполяризации клетки, а если увеличивается – о гиперполяризации.