Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 207
Текст из файла (страница 207)
1018 Часть(Ч. Внутренняя организация клетки значительно увеличивает концентрацию свободного Са2' в цитозоле, и поток Са2' по градиенту концентрации в ответ иа виеклеточиые сигналы является одним из способов быстрой передачи этих сигналов через плазматическую мембрану (см. главу 15).
Таким образом, для клетки важно поддерживать крутой градиент Са"' через плазматическую мембрану. Транспортеры Саз', активно откачивающие Саз' из клетки, помогают поддерживать такой градиент. Одним из иих является Саз'-АТРаза Р-типа; другим — антипорт (так называемый Яа'/Саз'-обмеииик), движущей силой работы которого служит электрохимический мембранный градиент Иа' (см. рис.
15.41). Наиболее изученная транспортная АТРаза Р-типа — Саз+-иасос, или Саз+-АТРаэа, саркоплазмшпического ретикулума (СР) клеток скелетных мышц. СР -- это специализированный вид эидоплззматического ретикулума, формирующий сеть полых мешочков в цитоплазме мышечных клеток и служащий для виутриклеточного хранения Са~'. Когда потенциал действия деполяризует плазматическую мембрану мышечной клетки, Саз' высвобождается из СР в цитозоль через Саз"-каналы, что приводит к сокращению мышцы (см. главу 16).
Саз'-иасос, который составляет около 90 мембранного белка СР, возвращает кальций из цитозоля обратио в СР. Эидоплазматический ретикулум пемышечиых клеток несет сходный Са~'-иасос, ио в меньших количествах. Трехмерная структура Са2'-иасоса СР расшифрована при помощи реитгеиоструктуриого анализа. Эта структура и анализ родственного Н'-иасоса грибов позволили получить первое представление о всех транспортных АТРазах Р-типа, которые, как предполагают, обладают сходной структурой. Оии содержат 10 траисмембраиных а-спиралей, три из которых образуют центральный канал, пересекающий липидиый бислой.
В иефосфорилироваииом состоянии две спирали нарушаются и формируют с цитоплазматической стороны мембраны щель, связывающую два иона Са2'. Связывание АТР с сайтом связывания иа той же стороне мембраны и последующий перенос терминальной фосфатиой группы АТР иа аспарагииовую кислоту прилегающего домена приводит к значительной перестройке траисмембраииых спиралей. Перестройка нарушает сайт связывания Саз', и ионы высвобождаются иа противоположной стороне мембраны в люмен СР (рис. 11.13). Характеристическим свойством всех насосов Р-типа является тот факт, что оии фосфорилируют сами себя в процессе переноса ионов. 11.2.б. Йа'IК'-насос Р-типа плазматической мембраны создает градиент йа' через плазматическую мембрану Обычно, концентрация К' внутри клетки в 10 — ЗО раз больше, чем снаружи; обратное справедливо для )Ча' (см.
таблицу 11.1, стр. 1005). )Ча+/К+-иасос, или )Ча+-иасос, присутствуег в плазматической мембране практически всех клеток животиых и поддерживает эту разницу концентраций. Насос работает как АТР-зависимый аитипорт, активно откачивающий Ыа" из клетки п)ютив электрохимического градиеита и закачивающий К' в клетку (рис.
! 1.14). Поскольку насос гидролизует АТР для транспорта )Ча' наружу и К' внутрь, его также иазывэют )Ча+,ГК+-АТРазой. Насос относится к семейству АТРаз Р-типа и очень похож иа Сат'-иасос (рис. 11.15). Ранее мы упомянули, что градиент Ма', создаваемый )Ча'1К'-иасосом, служит движущей силой транспорта большинства питательных веществ в животные клетки, а также играет ключевую роль в регуляции цитоплазматического РН. Типичная животная клетка тратит почти треть своей энергии иа поддержание работы этого И.2. Транспортеры н актнвньзй мембранный транспорт )ОТу цито . нукгеотид-связывающий , -'.„:х' домен активаторный ''' фосфорилированная '.
аспарагиновая кислота домен аспарапеюаая- домен фосфорипирования и ЛЮМЕН САРКОПЛАЗ- МАТИЧЕСКОГО РЕТИКУЛУМА 2Ф саит связывания кальция Рис. 11.13. Модель переноса Са"-насосом сарноплазматического ретииулума. а) Структуры нефосфорилированного, связанного с Сан состояния (слееа) и фосфорилированного, свободного ог Сан состояния (слроеа), расшифрованные методом рентгеноструктурного анализа. 6) Модель показывает, как связывание и гидролиз ЯТР вызывают значительные конформационные изменения, приводящие к сближению нуклеотид-связывающего сайта и домена фосфорилирования. Предполагают, что зта перестройка приводит к повороту акгиваторного домена на 90', что вызывает смещение трансмембранных спиралей, нарушающее Са"-связывающую щель. В результате Са" входит в люмен саркоплазматического ретикулума.
(Адаптировано из С. ТоуозЬгпа ес а(., ПГатиге 405: 647-655, 2000. С любезного разрешения издательства Масгпй(ап Роы(зиегз ЬсгЦ насоса. Насос потребляет еще больше энергии в электрически активных нервных клетках, которые, как мы увидим ниже, в процессе передачи нервных импульсов поглощают небольшое количество Ка' и теряют немного К+. Как и лкгбой фермент, )ча' К'-иасос может работать в обратном направлении, в данном случае для синтеза АТР.
Когда градиенты Ха' и К' искусственно повышали до уровня, когда запасенная в иих энергия становилась больше, чем химическая 1020 Чает |М Вн)гуренняя органиэация яяеткн ййФКй уйФуйбй гй )$ влекгорохимический градиент мв' + (й сайт связывания з алектрохимичесхии Градиент К' Рис. 11.14. Ма'/К'-насос. Этот транспортер активно откачивает Ма' из клетки и закачивает в клетку К' против их злектрохнмических градиентов. На каждую гидролизованную внутри клетки молекулу АТР из клетки выкачиваются три иона На' и закачиваются два иона К'.
Специбический ингибитор уабаин и К' конкурируют за один сайт связывания на внеклеточной стороне насоса. энергия гидролиза АТР, эти ионы начинали мигрировать по своему электрохими ческому градиенту, и Ха' К'-насос начинал синтезировать АТР из АОР и фосфа та.
Таким образом, фосфорилироваииая форма насоса (шаг 2 на рисунке 11.15) может релаксировать либо путем переноса своего фосфата иа АОР (шаг 2 — шаг 1), либо путем изменения своей конформации (шаг 2 — шаг 3). Как будет использо вано суммарное изменение свгхюдной энергии (для синтеза АТР или для откачки Ыа' из клетки), зависит от относительных концентраций АТР, АРР и фосфата и электрохимических градиентов Ха' и К'.
Поскольку 1ча' К' насос иа два закачанных внутрь клетки положительно заряженных иона откачивает наружу три, ои является злсктрогенным. Ои создает суммарный электрический ток через мембрану и. следовательно, электрический потенциал. При этом клетка внутри заряжена отрицательно относительно внешней среды. Однако такое электрогеиное действие насоса редко вносит более чем 10 ь й вклад в мембранный потенциал. Остальные 901«, как мы обсудим ниже, зависят от Ха','К'-пасоса только косвенно.
С другой стороны, 1ча' 'К' насос напрямую участвует в регуляции концентраций растворенных веществ внутри клетки и, следовательно, играет роль в контролировании осмоляриости (или тонвчггости) цитоюля. Все клетки в плазма тической мембране содержат специализированные канальные белки, называемые аквапорингггчи (подробно описанными в разд. 11.3.5) и служащими для ускорения потока воды через мембрану. Таким образом, вода движется в клетку или из пес по градиенту концентрации; этот процесс называется осмосолг.
Как объясняется в приложении 11.1, клетка содержит высокие концентрации растворенных веществ, включая многочисленные отрицательно заряженные органические молекулы (так ВНЕКЛЕТОЧНОЕ ПРОСТРАНСТВО Рис. 11.$5. Модель рабочего цикла Иа'/К -насоса. (1) Связывание внутриклеточного Иа' и последукхцее фосфорилирование за счет АТР на цитоплазматичесной стороне насоса вызывает концюрмационную перестройну насоса, благодаря которой (2( Иа' переносится через мембрану и высвобождается снаружи клетки. (3) Затем связывание К' на внеклеточной поверхности и последующее дефосфорилирование насоса возаращает белок в его исходную конформацию, что (4) приводит к переносу К' через мембрану и его высвобождению в цитозоль.
Конформационные перестройки аналогичны переходам А++ В, показанным на рис. 115, за исключением того, что здесь Иа'-зависимое фосфорилирование и К'-зависимое дефосфорилирование белка вызывают упорядоченные изменения конформации, позволяющие белку совершать полезную работу. Длл простоты на рисунке поназаны сайты связьгвания одного иона Иа' и ге(ного иона К; однако реальный насос несет три сайта связывания Иа' и два — К'. называемые фиксированные авионы) и сопутствующие им катионы, необходимые лля уравновешивания зарядов.
За счет этого создается большой осмотический градиент, стремящийся «притянутьь в клетку воду. Животные клетки противодей- , 11.2,Транспортеры» акт»вный мембранный транспорт' Ю23 ствуют этому явлению путем создания противоположного осмотического градиента за счет высокой концентрации неорганических ионов, в основном Ха' и С1, во внеклеточной жидкости.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
