ИОННЫЕ НАСОСЫ

ИОННЫЕ НАСОСЫ, молекулярные структуры, встроенные в биологические мембраны и осуществляющие перенос ионов в сторону более высокого электрохимического потенциала (активный транспорт); функционируют за счёт энергии гидролиза АТФ или энергии, высвобождающейся в ходе переноса электронов по дыхательной цепи. Активный транспорт ионов лежит в основе биоэнергетики клетки, процессов клеточного возбуждения, всасывания, а также выведения веществ из клетки и организма в целом. Перенос ионов при гидролизе АТФ обеспечивается транспортными ферментами аденозинтрифосфатазами (АТФазами), к которым относятся Н⁺-АТФаза мембран митохондрий, хлоропластов и бактериальных клеток, Са⁺-АТФаза внутриклеточных мембран мышечных клеток (мембран саркоплазматического ретикулума) и эритроцитов и Na⁺/K⁺-АТФаза, содержащаяся практически во всех плазматических мембранах. На каждую молекулу гидролизованной АТФ эти АТФазы переносят через мембрану соответственно 2Н⁺, 2Са²⁺, 2К⁺ и 3Na⁺, причём протоны переносятся из митохондрий и хлоропластов в цитоплазму, ионы Са²⁺ — из цитоплазмы в пузырьки саркоплазматического ретикулума и внеклеточное пространство, ионы К⁺ — в клетку, а ионы Na⁺ — из клетки. В результате создаётся неравновесное распределение ионов и генерируется разность электрических потенциалов на мембране. При этом происходит запасание энергии, которая может быть в принципе использована для синтеза АТФ, а также для генерации потенциалов действия в нервных и мышечных клетках, для сопряжённого с пассивным транспортом Na активного (вторичного) транспорта аминокислот, углеводов и др. Цикл работы транспортных АТФаз включает связывание АТФ и ионов на поверхности фермента, фосфорилирование фермента, перенос ионов через мембрану, отщепление ортофосфата от белка, изменение прочности связи ионов с ферментом, возврат системы в исходное состояние. Процессы перемещения ионов через мембраны связаны с изменением пространственной структуры белковой части транспортных АТФаз, однако детальный механизм процесса пока не установлен. По-видимому, в состав АТФаз входят ферментный центр, ионный канал и какие-то структурные элементы, препятствующие обратной утечке ионов во время работы ионных насосов. В мембранах митохондрий, хлоропластов и клеток бактерий функционирует и другой механизм активного переноса протонов: сопряжение трансмембранного переноса протонов с переносом электронов через определенные участки окислительно-восстановительной системы — цепи транспорта электрона. Работа таких систем вместе с работой обращенной Н⁺-АТФазы приводит к окислительному фосфорилированию в митохондриях и у бактерий и к фотосинтетическому фосфорилированию в хлоропластах растений и хроматофорах фотосинтезирующих бактерий. Нарушение работы ионных насосов сопровождается развитием патологических состояний в организме (так, необратимое повреждение клеток при недостатке кислорода связано с выключением транспортных АТФаз из-за отсутствия АТФ в условиях тканевой гипоксии). Некоторые лекарственные препараты, например сердечные гликозиды, могут регулировать активность ионных насосов.