Калий и натрий в клетке: Гомеостаз натрия и калия в организме, его нарушения

Содержание

Натрий содержание в клетке — Справочник химика 21

    Рассмотрим химические основы возникновения и поддержания биоэлектрических потенциалов (потенциала покоя и потенциала действия). Большинство исследователей придерживаются мнения, что явления электрической поляризации клетки обусловлены неравномерным распределением ионов К и Ма по обе стороны клеточной мембраны. Мембрана обладает избирательной проницаемостью большей для ионов К и значительно меньшей для ионов Ка. Кроме того, в нервных клетках существует механизм, который поддерживает внутриклеточное содержание натрия на низком уровне вопреки градиенту концентрации. Этот механизм получил название натриевого насоса. [c.636]
    Соли натрия и калия содержатся во всех клетках организма. Содержание натрия в среднем составляет 0,26, калия [c.79]

    В настоящее время бесспорно установлено, что всем живым организмам присуще явление ионной асимметрии — неравномерное распределение ионов внутри и вне клетки.

Например, внутри клеток мышечных волокон, сердца, печени, почек имеется повышенное содержание ионов калия по сравнению с внеклеточным. Концентрация ионов натрия, наоборот, выше вне клетки, чем внутри нее. Наличие градиента концентраций калия и натрия — экспериментально установленный факт. Исследователей волнует загадка о природе калий-натриевого насоса и его функционирования. На разрешение этого вопроса направлены усилия многих коллективов ученых как в нашей стране, так и за рубежом. Интересно, что по мере старения организма градиент концентраций ионов калия и натрия на границе клетки падает. При наступлении смерти концентрация калия и натрия внутри и вне клетки сразу же выравнивается. 
[c.171]

    Нарушение нейро-эндокринной регуляции связано с изменением секреции антидиуретического гормона задней доли гипофиза. Недостаточное поступление его в кровь вызывает усиленное отделение мочи низкого удельного веса с уменьшением в ней хлористого натрия. Протеинурия функционального характера может быть вызвана воздействием химических, механических, психических и термических раздражителей. При внепочечной протеинурии в осадке мочи много лейкоцитов и бактерий, но почти не встречаются почечные клетки. Уровень содержания мочевины в крови варьирует в зависимости от изменения азотистого и водного обмена. Содержание мочвины в крови увеличивается при сердечно-сосудистой недостаточности, дегидратации организма и падает при снижении мочевинообразовательной функции печени. 

[c.208]

    Натрий более активен, чем литий, особенно в тех реакциях, в которых он действует как восстановитель. Ионы натрия можно обнаружить в малых количествах во всех растениях, однако в морских растениях его содержание повышено (в золе морской травы— более 16% натрия). В животных организмах ионы натрия вместе с ионами калия выполняют функции передатчиков нервного импульса. Ионы натрия играют важную роль в поддержании водного режима организма. Избыточное количество ионов натрия способствует удержанию в организме воды. Соли натрия (и других металлов) определяют осмотическое равновесие в клетках и влияют на функции ферментных систем.

[c.152]

    Для нормального функционирования кожи наиболее важное значение имеет водно-солевой обмен. Содержание воды в коже составляет до 70%, при более низком ее содержании кожа теряет эластичность, упругость. Почти все физиологические процессы клетки, связанные с обменом веществ, а также доставкой продуктов питания клеткам и выведением продуктов распада, происходят при участии воды. При старении кожи способность ее удерживать влагу резко уменьшается, что сопровождается потерей эластичности и упругости, усыханием кожи, появлением морщин. Ионы натрия и калия участвуют в поддержании кислотно-щелочного равновесия, белкового, углеводного и витаминного обменов, активизируют деятельность ферментных систем. Нарушение солевого метаболизма в коже приводит к ее морфологическим и функциональным изменениям. 

[c.102]


    В качестве примера первично-активного транспорта можно привести транспорт, осуществляемый На /К -АТФ-азой, как одной из наиболее важных и широко распространенных активных транспортных систем в плазматической мембране животных клеток.
Эта система, получившая название Na -К -насоса, отвечает за поддержание в клетке высокой концентрации и низкой Na путем переноса внутрь клетки, а Na из клетки наружу против градиента их концентрации и поэтому требующей затраты АТФ. Оказывается, в животной клетке внутриклеточная концентрация ионов калия примерно в 30 раз выше, а ионов натрия в 10 раз ниже, чем в окружающей среде. Такая асимметрия ионного состава определяет содержание воды и ионный состав в клетке, электрическую возбудимость нервных и мышечных волокон, служит движущей силой для транспорта в клетку сахаров и аминокислот, является важным фактором в процессе биосинтеза белка. [c.311]

    А для NaA до 12,285 А для Т1А, тогда как содержание воды в ячейке уменьшается с увеличением радиуса катиона до 28,6 молекул для NaA (гка = =0,98 А) до 22,6 для Т1А (гт1=1,49 А). Химический анализ ионообменника, участвовавшего в обмене, показывает, что не всегда тринадцатый атом натрия, находящийся в р-клетке, может быть замещен. Так, например, предельные формы, полученные путем замещения натрия ионами серебра, таллия и кальция, отвечают следующим формулам  [c.76]

    Са2+, Sf2+, Mg2+ и Pb +, в то время как обмен с участием ионов NHI, Ва +, Zn , Ni + и Со + приводил к разрушению структуры [14]. В табл. 15 представлены данные о степени замещения, достигаемой при обмене алкиламмониевыми ионами. Постоянная элементарной ячейки изменяется незначительно, от 12,273 А для NaA до 12,285 А для Т1А, тогда как содержание воды в ячейке уменьшается с увеличением радиуса катиона до 28,6 молекул для NaA (Гма = = 0,98 А) до 22,6 для Т1А (/-ti=1,49 А). Химический анализ ионообменника, участвовавшего в обмене, показывает, что не всегда тринадцатый атом натрия, находящийся в р-клетке, может быть замещен. Так, например, предельные формы, полученные путем замещения натрия ионами серебра, таллия и кальция, отвечают следующим формулам  

[c.76]

    Фотосинтезирующие организмы. Самый примитивный тип фотосинтеза осуществляют солелюбивые галобактерии, живущие в средах с высоким (до 30 %) содержанием хлорида натрия.

Простейшими организмами, способными осуществлять фотосинтез, являются также пурпурные и зеленые серобактерии, а также несерные пурпурные бактерии. Фотосинтетический аппарат у этих организмов устроен гораздо проще (состоит из одной фотосистемы), чем у растений кроме того, они не выделяют кислород, так как в качестве источника электронов используют соединения серы, а не воду. Фотосинтез такого типа получил название бактериального. Однако существуют цианобактерии (прокариоты, способные к фотоокислению воды и вьщелению кислорода), обладающие более сложной организацией фотосинтетического аппарата — двумя сопряженно работающими фотосистемами. У растений реакции фотосинтеза осуществляются в специализированных органеллах клетки — хлоропластах. У всех растений (от водорослей и мхов до современных голосеменных и покрытосеменных) прослеживается много общих черт в структурно-функциональной организации фотосинтетического аппарата. 
[c.418]

    Подгруппа 1А. Физиологическое значение ионов К+ и Ка+ связано с их различной адсорбируемостью на поверхности компонентов, входящих в состав земной коры.

Соединения натрия лишь незначительно подвержены адсорбции, в то время как калия прочно удерживаются глиной и другими веществами. Мембраны клеток, являясь поверхностью раздела клетка — среда, проницаемы для ионов К» , вследствие чего внутриклеточная концентрация К» значительно выше, чем ионов Ыа+, В то же время в плазме крови концентрация Ыа+ превышает содержание в ней калия. С этим обстоятельством связывают возникновение мембранного потенциала клеток. Ионы К+ и Ка+ одни из основных компонентов жидкой фазы организма. Их соотношение с ионами Са + строго определенно, а его нарушение приводит к патологии. Введение ионов Ха+ в организм не оказывает заметного вредного влияния. Повышение же содержания ионов К+ вредно, но в обычных условиях рост его концентрации никогда не достигает опасных величин. Влияние ионов КЬ+, Сз+, Ь1+ еще недостаточно изучено. 
[c.283]

    Натрий и калий в живой клетке. Несмотря на большое сходство химических свойств натрия и калия, их биологические функции различны. В плазме клеток велико содержание катионов К+, но относительно мало катионов Ма+, и наоборот, во внеклеточном растворе много Ма+, но мало К+. Концентрация калия внутри клетки превышает концентрацию вне клеток в 10 раз и более. Катион калия связан с внутриклеточной активностью, а катион натрия участвует в процессах на внешней поверхности клетки и эти два катиона не могут заменить друг друга. Катион К+ является важным активатором более чем 60 ферментов внутри клетки. Катион Ма+ не действует на К+-зависимые ферменты. Катион Na+ также активирует несколько ферментов, а К+ не способен их активировать. 

[c.277]

    Адгезивность клеток зависит от кальция, поэтому МЕМ без кальция используют для суспензионного культивирования. Концентрацию фосфата увеличивают при этом в 10 раз. Производятся и другие модификации сред Игла. Так, введение янтарнокислого натрия (100 мг/л) и янтарной кислоты (75 мг/л) позволяет стерилизовать среды автоклавированием. Глютамин и бикарбонат при этом стерилизуют отдельно. Заменимые (7 из 20) аминокислоты участвуют в синтезе белка и могут быть синтезированы больщинством клеток. Однако это требует повыщенного содержания незаменимых аминокислот и глюкозы. Кроме того, промежуточные продукты метаболизма, особенно серии и пируват, теряются клетками, растущими в условиях редкого посева. В случае медленного размножения клеток в МЕМ вводят, по рекомендации Игла, все заменимые аминокислоты (по 1 10 М) и пируват (1 10 М). Получаемый набор компонентов лежит в основе многих сред. [c.54]


    Изучению образования и выделения соляной кислоты обкладочными клетками желез слизистой оболочки желудка посвящено много исследований. Установлено, что материалом для образования соляной кислоты является хлористый натрий, доставляемый к железам кровью. При кормлении животных пищей, бедной хлористым натрием, уменьшается количество соляной кислоты в желудочном соке. При замене в пище хлористого натрия бромистым натрием или йодистым натрием в желудочном соке уменьшается содержание соляной кислоты и вместо нее появляется бромистоводородная или йодистоводородная кислота. Следует, однако, ука- [c.332]

    Кроме основных элементов состава клетки (С, Ы, О, Н) для ее построения необходимы в незначительном количестве и другие компоненты. Так, потребность клетки в марганце составляет 10-10- мг на 1 мг снятой БПКб, меди— 14,6-10- , цинке— 16-10 , молибдене — 43-10- , селене — 14-Ю- , магнии — 30-Ю-«, кобальте — 13-10 , кальции 62-10- , натрии — 5-10- , калии — 45-10—, железе —12-10 , карбонат-ионе — 27-. 10- . Содержание указанных элементов в природных водах, из которых затем образуются сточные, обычно достаточно, чтобы полностью удовлетворить требованиям бактериального метаболизма. Часто не хватает азота и фосфора и их добавляют искусственно в виде суперфосфата, ортофосфорной кислоты, аммофоса, сульфата, нитрата или хлорида аммония, мочевины и т. п. [c.162]

    Для достижения оптимального содержания антител в культуральной жидкости гибридомные клетки растят до высокой плотности (культуральная среда становится при этом желтой). Однако важно не допустить того, чтобы клетки росли до такой степени, чтобы возникла угроза снижения их жизнеспособности и наступила гибель клеток. Культуры гибридных клеток, содержащие высокий процент нежизнеспособных клеток, часто трудно восстановимы и их приходится выбрасывать. Культуральную жидкость собирают и затем центрифугируют при 500 в течение 5 мин для удаления клеток. Культуральную жидкость, собранную из нескольких флаконов с одной гибридомной линией и полностью освобожденную от клеток, сливают в чистые стеклянные бутыли. Чтобы запасти достаточное количество культуральной жидкости для собственных нужд и снабдить им других исследователей, авторы рекомендуют приготовить 500 мл культуральной жидкости, содержащей 0,1% азида натрия. Так, ее можно хранить при 4°С. Большинство антител в такой культуральной жидкости стабильно. Контролируя содержание антител ее можно использовать в течение нескольких лет. [c.145]

    Следует отметить, что при снижении уровня калия в клетке увеличивается содержание натрия, магния, кальция, свободного аммиака, ионов водорода, минеральных фосфатов. Калий способствует усвоению растениями иона аммония. При аммиачном питании резко возрастает потребность в снабжении калием, особенно у злаков. При недостатке калия аммиачное питание приводит к излишнему накоплению НН/ и отравлению растений. [c.246]

    Многочисленные исследования процессов транспорта, проведенные в 50-х го йх главным образом на аксонах головоногих моллюсков и теиях эритрюцитов, выявили следующие основные характеристики натриевого насоса . Активный выброс ионов натрия зависит от внеклеточной концентрации ионов калия, и, наоборют, внутриклеточное содержание Na» управляет потоком К в клетку, т, е. потоки Na из клетки и в клетку взаимосвязаны. Активный транспорт энергозависим и возможен лишь при наличии в клетке АТР, т, е. иоииые потоки сопряжены с гидрюлизом АТР. [c.622]

    Жизнедеятельность клетки в соленой среде может обусловливаться двумя различными механизмами 1) устойчивостью всех ферментов и компонентов клетки к высокому содержанию солей, высаливающих белки 2) удалению солей из клетки и замене их на органические осморегуляторные вещества. Известно, что оба механизма действуют. Первый механизм действует у экстремально галофильных аэробных архей Haloba teria eae и анаэробных бактерий Halanaerobiales. При этом доминирующий во внешней среде ион натрия внутри клетки уравновешивается ионом калия. Второй механизм включает большое количество органических веществ, которые должны удовлетворять нескольким требованиям быть низкомолекулярными, не вымываться из клетки через мембрану, противостоять обычному метаболизму клетки, их концентрация должна поддаваться регулирующему механизму в соответствии с меняющейся соленостью среды, они должны быть совместимы с обменом клетки. [c.84]

    Зольные вещества клеток представлены (по убыванию содержания) железом, алюминием, кремнием, марганцем, магнием, медью, барием, натрием, калием, кальцием, серой, хлором из числа витаминов в нативных клетках найдены витамины Bj, Вб, РР, В , Вв. Таким образом, биомасса клеток Apullulans является тем отходом, который с успехом может быть использован для вскармливания сельскохозяйственных животных.[c.370]

    Микрохимическое определение соланина. При исследовании локализации соланина в растении применяют серную кислоту. Срезы кладут непосредственно в серную кислоту, которая окрашивает содержащие соланин клетки в светло-желтый, красноватый, фиолетово-красный и зеленоватый цвета окраска недолго держится и бледнеет. Применяют также селенсерную кислоту (0,3 г селеновокислого натрия, 8 мл воды, 6 мл концентрированной серной кислоты), которая дает ясную реакцию при содержании соланина в количестве 0,00003 г. Препараты, помещенные в реактив, слабо подогревают. Клетки, содержащие соланин, в этом реактиве окрашиваются в ма-линово-красный цвет, переходящий в смородиново-красный, далее в желтоватый, и под конец окраска исчезает. Жирные масла, которые также могут дать реакцию, предварительно вымывают из срезов путем погружения их на 10—15 мин в эфир. [c.145]

    Влияние ионов на галобактерии достаточно специфично. Для поддержания клеточной стабильности в первую очередь требуется хлористый натрий. Ионы Na» взаимодействуют с отрицательно заряженными молекулами клеточной стенки галобактерий и придают ей необходимую жесткость. Внутри клетки концентрация Na l невысока. Основной внутриклеточный ион — К+, содержание которого может составлять от 30 до 40 % сухого вещества клеток, а градиент между внеклеточной и внутриклеточной концентрациями достигать 1 1000. Ионы (наряду с другими) необходимы для поддержания ионного равновесия вне и внутри клетки, стабилизации ферментов, мембран и других клеточных структур. [c.418]

    Все исследованные рибонуклеиновые кислоты из бактериальных, растительных и животных тканей содержат несколько минорных оснований. Однако количественное распределение их в рибонуклеиновых кислотах из различных источников неодинаково, и во фракциях нуклеиновых кислот из данного типа клеток (табл. 6-3) действительно имеются значительные вариации. Так, например, дрожжевые рибонуклеиновые кислоты, растворимые в молярном растворе хлористого натрия, содержат значительно больше псевдоуридина, чем те рибонуклеиновые кислоты, которые нерастворимы в таком растворе [261]. Точнее, этот компонент концентрируется в так называемой растворимой , или транспортной , рибонуклеиновой кислоте клетки (хотя он в значительных количествах присутствует, вероятно, и в высокомолекулярной рибосомальной РНК), и его содержание, по-видимому, прямо пропорционально способности рибонуклеиновой кислоты акцептировать аминокислоты наиболее активная (по включению лейцина) из выделенных до сих пор рибонуклеиновых кислот содержит около 5,6 мол.% превдоуридина [250, 264—267]. По сравнению с высокомолекулярной рибосомальной РНК растворимые цитоплазматические фракции клеточной рибонуклеиновой кислоты содержат метилированные основания также в значительно больших количествах [251, 268, 269]. В растворимых рибонуклеиновых кислотах из опухолевой ткани по сравнению с таковыми из клеток печени тоже было обнаружено заметное увеличение содержания метилированных пуринов (особенно 2-метил-амино-6-оксипурина) [269]. [c.411]

    Натрий — внеклеточный катион. Содержание его в плазме крови составляет 135-150 ммоль/л, в эритроцитах — 8—13 ммоль/л. В течение суток с пищей поступает 3-4 г натрия, практически такое же количество выводится почками. Реабсорбция н трия в почечных канальцах — это активный процесс, требующий затраты АТФ и сопровождающийся секрецией калия и протонов в мочу. Функции натрия создание электрохимического потенциала на мембранах клетки поддержание осмотического давления регуляция кислотно-ос-но вного равновесия (при реабсорбции натрия в мочу секретируются протоны, т.е. удаляются кислые продукты метаболизма). [c.419]

    При некоторых заболеваниях возникает необходимость регулировки уровня содержания калия. Последний в отличие от натрия содержится главным образом в клетках (115 мг-экв/л в клетках и 4—5,6 мг-экв/л во внеклеточной жидкости) [613]. Концентрация калия не имеет большого значения для уровня осмотического давления, но сравнительно небольшие колебания содержания его во внеклеточной жидкости могут привести к тяжелым состояниям. Уменьшение содержания калия в плазме до 2,5 мг-экв/л оценивается как гипокалиемия, а увеличение до 8 мг-экв/л — как гипер-калиемия. При концентрации калия 14,3—15,8 мг-экв/л сердце останавливается. Состояние гиперкалиемии, требуюшей иногда безотлагательной корректировки, наблюдается при попадании калия в плазму из клеток при обширных травмах, кровоизлияниях, тканевом некрозе, при острой почечной недостаточности, при сепсисе, некоторых психических заболеваниях. [c.384]

    Накопление металлов протекает в две стадии (рис. 7.2). После введения в среду металл в течение 2-3 минут связывается с клеточной поверхностью в результате физико-химических процессов (стадия I), а затем медленно переносится в цитоплазму клетки (стадия 2). Этот процесс часто энергозависим и протекает лишь при активном дыхании организма. Он может блокироваться в анаэробных условиях или такими дыхательными ингибиторами, как динитрофенол и азид натрия. Металлы легко отделяются с поверхности клетки хелатирующими агентами (ЭДТА и др.) или разбавленными кислотами. На внутриклеточное содержание металлов ЭДТА не влияет. [c.467]

    Системы активного транспорта могут создавать внутри клетки концентрации растворенных веществ, которые в тысячи раз превышают их концентрации во внешней среде. Это обеспечивает возможность развития микроорганизмов в условиях низкого содержания питательных веществ. Активный транспорт характеризуется специфичностью по отношению к субстрату, которая обеспечивается мембранным переносчиком. Когда переносчик обращен к внешней поверхности мембраны, он имеет высокое сродство к субстрату, а когда обращен к ее внутренней поверхности — низкое. Благодаря этому субстрат как бы накачивается в клетку. Этот процесс сопряжен с затратой метаболической энергии, обеспечивающей диссоциацию субстрата и переносчика на внутренней поверхности мембраны. Так, с помощью механизма активного транспорта в клетку поступает лактоза. Как уже отмечалось, ее перенос осуществляется при участии -галакто-зидпермеазы. Если блокировать образование энергии (например, азидом натрия), то активный транспорт лактозы прекращается. В этих условиях -галактозидпермеаза катализирует облегченную диффузию дисахарида, обнаруживая одинаковое сродство к нему по обе стороны мембраны. [c.59]

    Органическая фракция по отношению к сухому веществу клетки содержит 45—55% углерода, 7—15% общего азота, 29—30% кислорода, 6—8% водорода. Среди зольных элементов а первом месте стоит фосфор (в среднем 50% в пересчете на Р2О5), затем калий (6% К2О), натрий (11% НзгО), магний (8% MgO), сера (15% SO3), кальций (9% СаО), железо (1% Ре20з). Хлор и остальные элементы содержатся в очень малых количествах (так называемые микроэлементы) к ним относятся марганец, цинк, молибден, бром, хром, кобальт и многие другие. Содержание элементов в золе бактерий зависит от возраста клетки, вида организма, физиологических особенностей и состава среды (так, серобактерии всегда содержат больше серы, чем другие микробы). [c.27]

    Одним из удивительных исключений оказались клетки сердца млекопитающих. Сначала и там все было в порядке. Швейцарский физиолог С. Вайдман изучал волокна Пуркинье проводящей системы сердца, которые передают сигнал от специальной структуры лежащей на границе предсердия и желудочка, к мышечным клеткам желудочка. Эти волокна образованы колонкой клеток, соединенных высокопроницаемыми контактами. Вайдман показал, что в этих сердечных клетках быстрый подъем потенциала при возбуждении связан с открыванием натриевых каналов. Скорость нарастания ПД и его амплитуда зависели от содержания ионов натрия в наружном растворе, а сопротивление мембраны на пике ПД падало примерно в 100 раз по сравнению с состоянием покоя. Все было очень похоже на аксон кальмара. [c.179]

    НЫХ породах литосферы существенно различаются. Это сопоставление показывает, что процесс усвоения элементов растениями упорядочен. Например, содержание самых обычных химических элементов литосферы — кремния, алюминия, железа—в растениях незначительно. С другой стороны, хлор и сера, которых в почве немного, в растениях представлены в более значительных количествах. Также весьма различно содержание в почве и в растительных клетках калия, кальция, магния, натрия и железа (Stalfelt, 1960). [c.92]


Что такое калиево-натриевый насос? — Блоги Шепетівки


Я хочу сразу предупредить Вас, мои дорогие читатели. Я уверен, что 98% из вас уж точно не доктора наук или ученые. Мы с вами обычные, среднестатистические  люди, не знакомые с узким лексиконом химиков и биологов.

Почему я пишу это – да потому что буду рассказывать вам о калиево-натриевом насосе на «человеческом» языке. Без сложных химических формул.

Если вам не понравится – можете поискать в интернете заумные научные статьи — такие тоже есть.

Но я хочу, чтобы вам было проще разобраться.

Итак, преступим.

Что такое калиево-натриевый насос?

В каждую клетку нашего организма постоянно поступает кислород, питательные вещества, белки, жиры и т.д.

Все реакции обмена полезными веществами в клетке происходят в водной среде с помощью солей.

В нашем «насосе» участвуют два химических элемента – Калий и Натрий.

Это два антипода, у которых идет постоянная борьба, где каждый тянет «одеяло на себя». Натрий связывает воду, а калий пытается вывести ее из клетки. Вот это «туда-сюда» и позволяет воде циркулировать.

Чтобы в клетку попадали питательные вещества и выводились отходы жизнедеятельности, внутри клетки есть миниатюрные насосы. Внутри – калий, снаружи – натрий.

Сначала эти насосы выкачивают натрий из клетки, выводя с ним отходы жизнедеятельности. Другие же ионы натрия проникают в клетку, неся с собой запасы питательных веществ.

Ионы натрия хорошо притягивают к себе воду. Поэтому клетка старается выгнать из себя натрий, чтобы он не собирал воду внутри нее.

Почему происходит такой обмен?

Вы все знаете еще со школы, что если взять две жидкости – одну соленую, другую нет – и соединить их ниткой или проводящим воду материалом – концентрация растворов со временем станет одинаковым. Это явление называется «осмос» (от Греч. Давление)

Механизм калиево-натриевого насоса работает хорошо только при условии определенного соотношения калия и натрия в организме.

Нарушение же такого баланса приводит к изменениям процессов белкового обмена, обмена жиров, углеводов, минералов и витаминов.

Старайтесь употреблять в пищу меньше натриевой соли и побольше калиевой. Употребляйте в пищу овощи, богатые калием. Ну и соблюдайте водно-питьевой режим.

Кристаллическая структура клеточного Na/K-насоса | Наука и жизнь

В лаборатории, где 50 лет назад был открыт натрий-калиевый насос, получена его кристаллическая структура. Теперь становится понятным механизм переноса ионов натрия и калия наружу и внутрь клетки.

Исследователи из датского университета Аархус в коллаборации с группой японских коллег установили структуру важнейшего белка, так называемого натрий-калиевого насоса (Na/K-насос, или Na/K АТФ-аза), который присутствует в любой клетке человеческого тела. Результат, недавно опубликованный в журнале Nature, может пролить новый свет на понимание неврологических болезней.

Na/Ka-насос изнутри после связывания ионов натрия.

Схема работы Na/K-насоса: молекулы АТФ тратятся на перенос ионов Na наружу, а ионов K внутрь клетки.

Натрий-калиевый насос непрерывно работает во всех клетках животных и людей. До 40 процентов энергии (молекул АТФ) в нашем теле идёт на его поддержание. Работа этого белка во многом похожа на работу маленькой батарейки, которая, помимо всего прочего, поддерживает натриевый баланс, критически необходимый для поддержания работы мышц и нервов.

Белок, выполняющий функцию Na/K-насоса, встроен в мембрану клетки, и занимается тем, что переносит ионы натрия наружу, а ионы калия вовнутрь клетки. На каждом шаге этого цикла структура насоса меняется. Хорошо известно, что насос имеет две различных формы. Первая, «натриевая», форма соответствует состоянию, когда белок «захватил» три иона натрия и готовится их «выбросить» наружу. Вторая, «калиевая», форма возникает, когда белок «выбросил» натрий наружу и «захватил» два иона калия для переноса вовнутрь клетки. Однако структурные различия между двумя этими формами до последнего момента были не известны, и исследователи не понимали, каким образом белок различает ионы натрия и калия.

В 2007 и 2009 годах специалисты из университета Аархус принимали участие в исследовании, которое привело к расшифровке структуры «калиевой» формы белка.   Теперь, благодаря международному сотрудничеству группы профессора Чикаши Туошима (Chikashi Toyoshima) из университета Токио и группы из университета Аарона, была описана структура «натриевой» формы белка. Впервые удалось изучить кристаллическую структуру белка со столь высоким разрешением – 0,28 нанометров, что позволило увидеть, куда в действительности прикрепляются ионы натрия в насосе.

«Полученная структура белка показывает, в каком месте ионы натрия связываются с белком, и, следовательно, каким образом они транспортируются через мембрану клетки наружу; ионам калия, чей размер несколько больше, доступ к этим сайтам связывания заблокирован. Теперь мы понимаем, каким образом насос различает ионы натрия и калия на молекулярном уровне. Это большой шаг  вперёд для понимания серьёзных неврологических болезней, связанных с мутациями Na/K-насоса, включая некоторые формы болезни Паркинсона, а так же перекрестные параличи у детей, когда есть дефекты в связывании ионов натрия», — объясняет Бенте Вильсен, профессор университета Аархуса, возглавляющий проект.

Na/K-насос был открыт в 1957 году профессором Йенсом Кристианом Скоу в университете Аархуса, который в 1997 получил за своё открытие Нобелевскую премию. Нынешний результат — кульминация полувековой работы по изучению механизма лежащего в основе этой молекулярной машины.

  «Много лет назад, когда с помощью электронного микроскопа были получены первые изображения белка, при 250 000 кратном увеличении белок выглядел всего лишь точкой, и я подумал, что мы никогда не сможем определить его структуру. Поскольку насос занимается переносом ионов натрия и калия, следовательно, речь идёт о способности различить между собой два иона. До настоящего момента  казалось, что это невозможно», — говорит профессор Йенс Кристиан Скоу. В свои 94 года он в курсе новых достижений в области, начало которой он сам положил 50 лет назад.

«Сейчас учёные описали структуру, с помощью которой белок идентифицирует натрий, и это может привести к более детальному пониманию работы насоса. Это впечатляющее достижение, о котором я даже и не мог мечтать», — заключает Йенс Кристиан Скоу.
 
На рисунке показано, как выглядит Na/Ka-насос изнутри, когда он связал ионы натрия.  Доступ к сайтам связывания похож на тоннель. Три маленьких иона натрия прикреплены внутри насоса (фиолетовые сферы слева), тогда как размер ионов калия (зелёные сферы) не позволяет ему сесть на те же места. Сетка синего цвета обозначает внутреннюю поверхность белка, которая блокирует ионы калия. Цифро-буквенный код показывает, какие аминокислоты в белке имеют значение для процесса прикрепления ионов.

 
Иллюстрации  http://commons.wikimedia.org/

Ca (кальций), Na (натрий), К (калий), Cl (хлор) сдать в Подольске и Королёве

Описание

Кальций, калий, натрий и хлор — это основные электролиты, которые обеспечивают поддержание водного и кислотно-щелочного баланса организма. Наличие этих элементов в моче может дать информацию при диагностике заболеваний, сопровождающихся нарушением этих балансов и при контроле за их лечением. Ионы кальция, калия, натрия и хлора обеспечивают поддержание водного и кислотного баланса организма. Количество этих электролитов в суточной моче может дать ценную информацию для дальнейшей диагностики заболеваний, которые возникают вследствие этого дисбаланса, и контроля над их лечением. Кальций Кальций в организме человека играет очень важную роль. В физиологических процессах кальций участвует только в ионизированном виде (участие в мышечном сокращении, в механизмах секреции гормонов, рецепторных процессах, в механизмах клеточного деления и т.п.). Концентрация Ca++ изменяется в течение суток: минимальный уровень концентрации наблюдается в 20 ч, а максимальный — в 2–4 часа ночи. Уровень ионизированного кальция поддерживается паратгормоном, кальцитонином, активной формой витамина Д3. Продукция этих гормонов, в свою очередь, зависит от уровня Ca++. На его концентрацию в крови влияют многие факторы — белки, магний (необходимо обязательно исследовать концентрацию магния, если обнаруживается гипокальциемия!). Очень важным является кислотно-основное состояние (КОС): алкалоз увеличивает связывание и снижает концентрацию; а ацидоз, напротив, снижает связывание и увеличивает концентрацию ионизированного кальция в крови. Калий (К+) — основной катион внутриклеточной жидкости Калий (К+) — участвует в создании и поддержании электрического мембранного потенциала клеток. Регулирует внутриклеточное осмотическое давление, стимулирует активность ферментов гликолиза, участвует в метаболизме белков и гликогена, играет важную роль в формировании потенциала действия в нервных и мышечных клетках и проведении нервных импульсов, обладает иммуномодулирующей активностью. Концентрация калия в плазме (сыворотке) зависит от равновесия следующих процессов: поступления калия извне, распределения в организме и выведения (почками, потовыми железами, через кишечник и т. п.). Депо калия в организме не существует. Поэтому даже при небольших изменениях концентрации калия внутри клеток, значительно изменяется его концентрация в плазме. Захват калия клетками стимулируется инсулином, также захват калия клетками усиливается под действием катехоламинов, альдостерона. Изменения рН крови приводят к изменению содержания К+ в клетках: при ацидозе — он выходит из клеток в плазму, при алкалозе — поступает внутрь клеток. При гиперкалиемии отмечаются желудочковая тахикардия, фибрилляция желудочков и даже асистолия. При гипокалиемии развиваются мышечная слабость, снижение рефлексов, гипотония, нарушения в проводящей системе сердца, непроходимость кишечника, полиурия. Натрий (Na+) — основной катион внеклеточного пространства Натрий (Na+) является важнейшим осмотически активным компонентом внеклеточного пространства, с которым связана регуляция объема внеклеточной жидкости. 96% общего количества натрия в организме содержится вне клеток. Он участвует в проведении возбуждения в нервных и мышечных клетках, в формировании щелочного резерва крови и транспорте ионов водорода. Концентрация натрия в плазме (сыворотке) зависит от равновесия следующих процессов: поступления натрия, распределения его в организме и выведения почками, потовыми железами. Основными регуляторами обмена натрия в организме являются ренин-ангиотензин-альдостероновая система, АДГ (вазопрессин), предсердный натрийуретический гормон. Хлор (Сl-) — основной анион внеклеточной жидкости и желудочного сока Ионы хлора играют важную роль в поддержании кислотно-щелочного состояния, осмотического давления и баланса воды в организме. В биологических средах находится преимущественно в состоянии аниона-хлорида Cl-. Содержится в плазме, лимфе, ликворе. Баланс ионов хлора в организме осуществляется наличием равновесия между процессами поступления хлора с пищей, распределением в организме и выведением его с мочой, потом и калом. Изменение концентрации ионов натрия ведет за собой изменение концентрации хлорид-аниона. При потере хлоридов развивается алкалоз, при избыточном потреблении — ацидоз.

Показания к исследованию

гипер- и гипокальциенемия, особенно в сочетании с диспротеинемией; исследования кальциевого статуса после переливаний цитратной крови, введения гепарина, обширных травм, хирургических вмешательств, при сепсисе, ожогах, панкреатите, множественной недостаточности органов, а также пациентов с тяжелой патологией печени и почек, различными злокачественными опухолями, мальабсорбцией; обследование беременных женщин; сепсис; диализ и экстракорпоральное кровообращение. Калий исследование функции почек при их патологии; сердечно-сосудистая патология; сердечные аритмии, артериальная гипертония; надпочечниковая недостаточность; контроль содержания калия в крови при назначении диуретиков, сердечных гликозидов. Натрий нарушения со стороны ЖКТ: рвота, диарея; надпочечниковая недостаточность; заболевания почек; обезвоживание, усиленная потеря жидкости. Хлор мониторинг и динамическое наблюдение расстройств кислотно-основного состояния при различных заболеваниях; заболевания почек; несахарный диабет; патология надпочечников.

Подготовка

Кровь рекомендуется сдавать утром, в период с 8 до 12 часов. Взятие крови производится натощак, спустя 6–8 часов голодания. Допускается употребление воды без газа и сахара. Накануне сдачи исследования следует избегать пищевых перегрузок.

Д.В. Диброва, М.Ю. Гальперин, Е.В. Кунин, А.

Я. Мулкиджанян, ДРЕВНИЕ СИСТЕМЫ НАТРИЙ�КАЛИЕВОГО ГОМЕОСТАЗА КЛЕТКИ КАК ПРЕДШЕСТВЕННИКИ МЕМБРАННОЙ БИОЭНЕРГЕТИКИ, 2015, Биохимия 80:590-611

ЭВОЛЮЦИЯ НАТРИЙКАЛИЕВОГО ГОМЕОСТАЗА КЛЕТКИ

25. Wu, Y., Qian, X., He, Y., Moya, I.A., and Luo, Y. (2005)

Crystal structure of an ATPaseactive form of Rad51

homolog from Methanococcus voltae. Insights into potassi

um dependence, J. Biol. Chem., 280, 722–728.

26. Viitanen, P.V., Lubben, T.H., Reed, J., Goloubinoff, P.,

O’Keefe, D.P., and Lorimer, G.H. (1990) Chaperonin

facilitated refolding of ribulosebisphosphate carboxylase

and ATP hydrolysis by chaperonin 60 (groEL) are K+

dependent, Biochemistry, 29, 5665–5671.

27. Toraya, T., and Fukui, S. (1977) Immunochemical evi

dence for the difference between coenzymeB12depen

dent diol dehydratase and glycerol dehydratase, Eur. J.

Biochem., 76, 285–289.

28. Laughlin, L.T., and Reed, G.H. (1997) The monovalent

cation requirement of rabbit muscle pyruvate kinase is

eliminated by substitution of lysine for glutamate 117,

Arch. Biochem. Biophys., 348, 262–267.

29. McQueney, M.S., and Markham, G.D. (1995) Investigation

of monovalent cation activation of Sadenosylmethionine

synthetase using mutagenesis and uranyl inhibition, J. Biol.

Chem., 270, 18277–18284.

30. Toney, M.D., Hohenester, E., Keller, J.W., and Jansonius,

J.N. (1995) Structural and mechanistic analysis of two

refined crystal structures of the pyridoxal phosphate

dependent enzyme dialkylglycine decarboxylase, J. Mol.

Biol., 245, 151–179.

31. Belogurov, G.A., and Lahti, R. (2002) A lysine substitute

for K+. A460K mutation eliminates K+dependence in H+

pyrophosphatase of Carboxydothermus hydrogenoformans,

J. Biol. Chem., 277, 49651–49654.

32. McCaman, R.E. and Finnerty, W.R. (1968) Biosynthesis of

cytidine diphosphatediglyceride by a particulate fraction

from Micrococcus cerificans, J. Biol. Chem., 243, 5074–5080.

33. Spirin, A.S., and Gavrilova, L. P. (1969) The ribosome,

Springer, N.Y.

34. Miskin, R., Zamir, A., and Elson, D. (1970) Inactivation

and reactivation of ribosomal subunits: the peptidyl trans

ferase activity of the 50S subunit of Escherihia coli, J. Mol.

Biol., 54, 355–378.

35. Sigel, R.K.O., and Pyle, A.M. (2007) Alternative roles for

metal ions in enzyme catalysis and the implications for

ribozyme chemistry, Chem. Rev., 107, 97–113.

36. Ban, N., Nissen, P., Hansen, J., Moore, P.B., and Steitz,

T.A. (2000) The complete atomic structure of the large

ribosomal subunit at 2.4 A resolution, Science, 289, 905–920.

37. Klein, D.J., Moore, P.B., and Steitz, T.A. (2004) The con

tribution of metal ions to the structural stability of the large

ribosomal subunit, RNA, 10, 1366–1379.

38. Bokov, K., and Steinberg, S.V. (2009) A hierarchical model

for evolution of 23S ribosomal RNA, Nature, 457,

977–980.

39. Davidovich, C. , Belousoff, M., Bashan, A., and Yonath, A.

(2009) The evolving ribosome: from noncoded peptide

bond formation to sophisticated translation machinery,

Res. Microbiol., 160, 487–492.

40. Fox, G.E., Tran, Q., and Yonath, A. (2012) An exit cavity

was crucial to the polymerase activity of the early ribo

some, Astrobiology, 12, 57–60.

41. Koonin, E.V. (2003) Comparative genomics, minimal

genesets and the last universal common ancestor, Nature

Rev. Microbiol., 1, 127–136.

42. Koonin, E.V. (2000) How many genes can make a cell: the

minimalgeneset concept, Annu. Rev. Genomics Hum.

Genet., 1, 99–116.

43. Charlebois, R.L., and Doolittle, W.F. (2004) Computing

prokaryotic gene ubiquity: rescuing the core from extinc

tion, Genome Res., 14, 2469–2477.

44. Mushegian, A. (2005) Protein content of minimal and

ancestral ribosome, RNA, 11, 1400–1406.

45. Mulkidjanian, A.Y., and Galperin, M.Y. (2009) On the ori

gin of life in the zinc world. 2. Validation of the hypothesis

on the photosynthesizing zinc sulfide edifices as cradles of

life on Earth, Biol. Direct, 4, 27.

46. Mulkidjanian, A.Y., and Galperin, M.Y. (2010) On the

abundance of zinc in the evolutionarily old protein

domains, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 107, 137.

47. Anand, B., Surana, P., and Prakash, B. (2010) Deciphering

the catalytic machinery in 30S ribosome assembly GTPase

YqeH, PLoS One, 5, e9944.

48. Scrima, A., and Wittinghofer, A. (2006) Dimerisation

dependent GTPase reaction of MnmE: how potassium acts

as GTPaseactivating element, EMBO J., 25, 2940–2951.

49. Yamanaka, K., Hwang, J., and Inouye, M. (2000)

Characterization of GTPase activity of TrmE, a member of

a novel GTPase superfamily, from Thermotoga maritima, J.

Bacteriol., 182, 7078–7082.

50. Ash, M.R., Guilfoyle, A., Clarke, R.J., Guss, J.M., Maher,

M. J., and Jormakka, M. (2010) Potassiumactivated

GTPase reaction in the G proteincoupled ferrous iron

transporter B, J. Biol. Chem., 285, 14594–14602.

51. Foucher, A.E., Reiser, J.B., Ebel, C., Housset, D., and

Jault, J.M. (2012) Potassium acts as a GTPaseactivating

element on each nucleotidebinding domain of the essen

tial Bacillus subtilis EngA, PLoS One, 7, e46795.

52. Leipe, D.D., Wolf, Y.I., Koonin, E.V., and Aravind, L.

(2002) Classification and evolution of Ploop GTPases and

related ATPases, J. Mol. Biol., 317, 41–72.

53. Kint, C., Verstraeten, N., Hofkens, J., Fauvart, M., and

Michiels, J. (2014) Bacterial Obg proteins: GTPases at the

nexus of protein and DNA synthesis, Crit. Rev. Microbiol.,

40, 207–224.

54. Leipe, D.D., Koonin, E.V., and Aravind, L. (2003)

Evolution and classification of Ploop kinases and related

proteins, J. Mol. Biol., 333, 781–815.

55. Li, Y., He, Y., and Luo, Y. (2009) Conservation of a con

formational switch in RadA recombinase from

Methanococcus maripaludis, Acta Crystallogr. D Biol.

Crystallogr., 65, 602–610.

56. Chen, Z., Yang, H., and Pavletich, N.P. (2008) Mechanism

of homologous recombination from the RecAssDNA/

/dsDNA structures, Nature, 453, 489–484.

57. Haldenby, S., White, M.F., and Allers, T. (2009) RecA

family proteins in archaea: RadA and its cousins, Biochem.

Soc. Trans., 37, 102–107.

58. Sandler, S.J., Hugenholtz, P., Schleper, C., DeLong, E.F.,

Pace, N.R., and Clark, A.J. (1999) Diversity of radA genes

from cultured and uncultured archaea: comparative analy

sis of putative RadA proteins and their use as a phylogenet

ic marker, J. Bacteriol., 181, 907–915.

59. Lin, Z., Kong, H., Nei, M., and Ma, H. (2006) Origins and

evolution of the recA/RAD51 gene family: evidence for

ancient gene duplication and endosymbiotic gene transfer,

Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 103, 10328–10333.

60. Dibrova, D.V. (2013) Phylogenomic analysis of energy

converting enzymes, University, Moscow.

61. Lowenstein, J.M. (1960) The stimulation of transphospho

rylation by alkalimetal ions, Biochem. J., 75, 269–274.

62. Kusmierczyk, A.R., and Martin, J. (2003) Nested cooper

ativity and salt dependence of the ATPase activity of the

archaeal chaperonin Mmcpn, FEBS Lett., 547, 201–204.

63. Ash, M.R., Maher, M.J., Mitchell Guss, J., and Jormakka,

M. (2012) The cationdependent Gproteins: in a class of

their own, FEBS Lett., 586, 2218–2224.

64. Harold, F.M., and Altendorf, K. (1974) Current topics in

membranes and transport (Bronner, F., and Kleinzeller, A.,

eds), Academic Press, N.Y., pp. 1–51.

65. CorratgeFaillie, C., Jabnoune, M., Zimmermann, S., Very,

A.A., Fizames, C., and Sentenac, H. (2010) Potassium and

БИОХИМИЯ том 80 вып. 5 2015

607

Зачем клетка обменивает натрий на калий?.

Рассказы о биоэнергетике

Зачем клетка обменивает натрий на калий?

Мысль о двух формах конвертируемой энергии я высказал в 1975 году. Спустя два года эта точка зрения была поддержана Митчелом. А в группе А. Глаголева тем временем начались опыты по проверке одного из предсказаний этой новой концепции.

Я рассуждал следующим образом. Если протонный потенциал — разменная монета, то клетка должна располагать достаточным количеством, таких «денежных знаков».

Зачем клетка обменивает натрий на калий?

Это требование выполнялось, если речь шла об АТФ. Клетка всегда содержит довольно большие количества АТФ, причем приняты меры для стабилизации этого количества в условиях меняющейся конъюнктуры — непрерывно варьирующих скоростей образования и использования АТФ. Есть особое вещество — креатин-фосфат, участвующее только в одной реакции — фосфорилировании АДФ:

АДФ + креатинфосфат ? АТФ + креатин.

Когда АТФ в избытке, а АДФ в дефиците, реакция идет справа налево и накапливается креатинфосфат, которого в этих условиях становится много больше, чем АТФ. Но стоит повыситься уровню АДФ и уменьшиться АТФ, как реакция меняет направление, и креатинфосфат оказывается поставщиком АТФ. Тем самым креатинфосфат выполняет свою функцию стабилизатора, буфера уровня АТФ.

А как обстоят дела с протонным потенциалом?

Несложный расчет позволяет перевести одну энергетическую «валюту» в другую. Этот расчет показывает, что количество энергии, накопленное, к примеру, бактериальной клеткой в виде протонного потенциала, оказывается почти в тысячу раз меньшим, чем количество АТФ, если протонный потенциал находится в электрической форме. Это количество одного порядка с числом генераторов и потребителей потенциала в бактериальной мембране.

Такая ситуация создает особую необходимость в буферной системе, стабилизирующей уровень протонного потенциала. В противном случае даже кратковременное превышение общей скорости потребляющих потенциал процессов над скоростью его генерации приведет к исчезновению потенциала и остановке всех систем, питаемых потенциалом.

Итак, должен быть буфер для протонного потенциала наподобие креатинфосфата для АТФ. Но что за компонент подобрала природа на такую роль?

Обдумывая эту проблему, я попытался найти какую-нибудь связанную с потенциалом биологическую систему, функция которой была бы неизвестна.

Одна из старых загадок биологии: зачем клетка поглощает ионы калия и выбрасывает ионы натрия, создавая дорогостоящую асимметрию в распределении этих близких по своим свойствам ионов между цитоплазмой и окружающей средой? Практически в любой живой клетке ионов калия намного больше, чем ионов натрия, в то время как в среде натрий находится в огромном избытке над калием. Может быть, Na+ — яд для клетки?

Нет, это не так. Хоть некоторые ферментные системы действительно лучше работают в КСl, чем в NaCl, это выглядит вторичным приспособлением к «многокалиевой» и «малонатриевой» внутренней среде клетки. За огромный срок биологической эволюции клетка могла бы приспособиться к естественному соотношению ионов щелочных металлов во внешней среде. Живут же галофильные бактерии в насыщенном растворе NaCl, причем концентрация Na+ в их цитоплазме иногда доходит до моля на литр, что почти в тысячу раз больше концентрации Na+ в обычных клетках. Итак, Na+ не яд.

Заметим, что те же галофильные бактерии поддерживают внутриклеточную концентрацию К+ около 4 молей на литр, тратя на создание натрий-калиевого градиента колоссальные по масштабам клетки количества энергетических ресурсов.

Известно, что возбудимые клетки животных, такие, как нейроны, используют натрий-калиевый градиент для проведения нервного импульса. Но как быть с другими типами клеток, например, с бактериями?

Давайте обратимся к механизму транспорта К+ и Na+ через бактериальную мембрану. Известно, что между цитоплазмой бактерии и внешней средой существует разность электрических потенциалов, поддерживаемая работой белков-генераторов в бактериальной мембране. Откачивая протоны изнутри клетки наружу, белки-генераторы тем самым заряжают внутренность бактерии отрицательно. В этих условиях накопление ионов К+ внутри клетки могло бы происходить просто за счет электрофореза — движения положительно заряженного иона калия в отрицательно заряженную цитоплазму бактерии.

При этом поток калия должен разряжать мембрану, предварительно заряженную протонными генераторами.

В свою очередь, разрядка мембраны должна немедленно активировать работу генераторов.

Это означает, что энергетические ресурсы, затрачиваемые на генерацию разности электрических потенциалов между клеткой и средой, будут использованы для концентрирования ионов К+ внутри клетки. Конечным балансом такого процесса окажется обмен внутриклеточных ионов Н+ на внеклеточные ионы К+ (ионы Н+ откачиваются белками-генераторами наружу, ионы К+ поступают внутрь, двигаясь в электрическом поле, созданном движением ионов Н+).

Стало быть, внутри клетки будет создаваться не только избыток ионов К+, но и дефицит ионов Н+.

Этот дефицит можно использовать для откачки ионов Na+. Сделать это можно следующим образом. Известно, что бактерии располагают особым переносчиком ионов натрия, обменивающим Na+ на Н+ (этот переносчик носит название Nа+/Н+-антипортера). В условиях нехватки Н+ в цитоплазме антипорт может компенсировать протонный дефицит, перенося Н+ из внешней среды внутрь клетки. Произвести такой антипорт переносчик может только одним способом: обменяв внешний на внутренний Na+. Значит, движение ионов Н+ внутрь клетки может быть использовано для откачки из той же клетки ионов Na+.

Вот мы и создали калий-натриевый градиент: внутри клетки накопили К+ и откачали оттуда Na+. Движущей силой этих процессов был создаваемый белками-генераторами протонный потенциал. (Направление потенциала было таково, что внутренность клетки заряжалась отрицательно и там возникала нехватка ионов водорода.)

Допустим теперь, что протонные генераторы по какой-то причине выключились. Что произойдет в этих новых условиях с калий-натриевым градиентом?

Конечно же, он рассеется: ионы К+ вытекут из клетки в окружающую среду, где их мало, ионы Na+ войдут внутрь, где эти ионы в дефиците.

Но вот что интересно. Рассеиваясь, калий-натриевый градиент сам окажется генератором протонного потенциала того же направления, что образовывался при работе белков-генераторов.

Действительно, выход иона К+ как положительно заряженной частицы создает диффузионную разность потенциалов на клеточной мембране со знаком «минус» внутри клетки. Вход Na+ при участии Nа+/Н+ — антипортера будет сопровождаться выходом Н+, то есть созданием дефицита Н+ внутри клетки.

Так что же получается? Когда белки-генераторы работают, создаваемый ими протонный потенциал расходуется на образование калий-натриевого градиента. Зато когда они выключены (или их мощности недостает, чтобы удовлетворить многочисленных потребителей потенциала), калий-натриевый градиент, рассеиваясь, сам начинает генерировать протонный потенциал.

Так ведь это и есть буфер протонного потенциала, тот самый буфер, который так необходим для работы мембранных энергетических систем!

Схематично эту концепцию можно изобразить так:

калий-натриевый градиент

??

внешние энергетические ресурсы ? протонный потенциал ? работа.

Но если такая схема верна, то калий-натриевый градиент должен продлить работоспособность клетки в условиях, когда исчерпаны энергетические ресурсы.

А. Глаголев и И. Броун проверили справедливость этого вывода. Был взят мутант кишечной палочки, лишенный протонной АТФ-синтетазы. Для такого мутанта окисление субстратов кислородом служит единственным энергетическим ресурсом, пригодным, чтобы образовать протонный потенциал. Как было показано в свое время Дж. Адлером и его сотрудниками, мутант подвижен, пока в среде есть кислород.

Глаголев и Броун повторили опыт Адлера и убедились, что исчерпание запаса кислорода в растворе действительно останавливает бактерии, если они находятся в среде с КСl. В этих условиях калий-натриевый градиент отсутствует: калия много и в клетках и в среде, а натрия нет ни там, ни здесь.

А теперь давайте возьмем среду с NaCl. В таких условиях должны быть оба интересующих нас градиента: калиевый (калия много внутри и мало снаружи) и натриевый (натрия много снаружи и мало внутри). Гипотеза предсказывала, что в такой ситуации подвижность сохранится какое-то время и в бескислородных условиях, поскольку возможно превращение энергии:

калий-натриевый градиент ? протонный потенциал ? вращение флагеллы.

И в самом деле, бактерии двигались еще 15—20 минут после того, как измерительное устройство зарегистрировало нулевой уровень СЬ в среде.

Но особенно наглядным, как и следовало ожидать, оказался опыт с солелюбивыми бактериями, которые транспортируют очень большие количества ионов К+ и Na+ , чтобы создать калий-натриевый градиент. Такие бактерии быстро останавливались в темноте в бескислородных условиях, если в среде был КСl, и все еще двигались спустя девять (!) часов, если КСl был заменен на NaCl.

Эта величина — девять часов — интересна прежде всего как иллюстрация объема того резервуара энергии, который представляет собой калий-натриевый градиент у солелюбивых бактерий. Кроме того, она приобретает особый смысл, если вспомнить о том, что солелюбивые бактерии располагают бактериородопсином и, стало быть, способны к превращению энергии света в протонный потенциал. Ясно, что такое превращение возможно лишь в светлый период суток. А как быть ночью? Так вот оказывается, что энергии, запасенной днем в виде калий-натриевого градиента, хватает на всю ночь.

Утверждение, что калий-натриевый градиент играет роль буфера протонного потенциала, позволяет понять не только биологическую функцию этого градиента, но и причину, которая в течение многих лет препятствовала выяснению его значения для жизнедеятельности клетки. Мысль о буферной роли калий-натриевого градиента не могла родиться, прежде чем был открыт протонный потенциал и было доказано, что он служит конвертируемой формой энергии. Все эти годы проблема калия и натрия просто ждала своего часа.

The Resting Membrane Potential and Selective Permeability | Biology

18.8: Мембранный потенциал покоя

Обзор

Относительная разница в электрическом заряде, или напряжении, между внутренней и внешней стороной клеточной мембраны, называется мембранным потенциалом. Он генерируется различиями в проницаемости мембраны к различным ионам и концентрациями этих ионов по всей мембране.

Внутренняя часть нейрона более негативна

Мембранный потенциал клетки можно измерить путем вставки микроэлектрода в клетку и сравнения заряда со эталонным электродом во внеклеточной жидкости. Мембранный потенциал нейрона в покое, то есть нейрон в настоящее время не получает или отправки сообщений является отрицательным, как правило, около -70 милливольт (мВ). Это называется потенциалом оболочек отдыха. Отрицательное значение указывает на то, что внутренняя часть мембраны относительно более отрицательна, чем внешняя , она поляризована. Потенциальный отдых является результатом двух основных факторов: селективной проницаемости мембраны и различий в концентрации ионов внутри клетки по сравнению с внешними.

Проницаемость мембраны

Клеточные мембраны избирательно проницаемы, потому что большинство ионов и молекул не могут пересечь липидный двуслой без посторонней помощи, часто из белков ионных каналов, которые охватывают мембрану. Это потому, что заряженные ионы не могут рассеиваться через незаряженный гидрофобный интерьер мембран. Наиболее распространенными внутриклеточными ионами, найденными в нервнойткани,являются калий (K ), натрий(Na),хлорид (Cl) и кальций (Ca2). Когда нейрон находится в покое, калий(K) каналы являются основным типом ионового канала, который является открытым, что позволяетK и мигрировать через мембрану. Эта проницаемость, вместе с большими внутриклеточными концентрациями, делают потенциал мембраны отдыха нейрона определяемым главным образом движениемK.

Насосы создают градиенты концентрации

Различия в концентрации ионов между внутри и снаружи нейронов в первую очередь из-заактивности натрия калия(Naq /K) насос-трансмембрановый белок, который непрерывно насосы три Na ионов изклетки на каждые два K ионов он насосов дюйма Это устанавливает градиенты концентрации, с более высокойконцентрацией ионов Na и вне нейронов и более высокойконцентрацией ионов K и внутри.

Так как мембрана в первую+ очередь проницаема для K — в покое- из-за+ открытых каналов K —K может диффузии вниз его градиент концентрации в область более низкой концентрации, из клетки. Эти положительные заряды, покидающие клетку, в сочетании с тем, что Есть много отрицательно заряженных белков внутри клетки, вызывает внутри, чтобы быть относительно более негативным.

В конце концов,+ внешняя диффузия К уравновешивается электростатическим отталкиванием положительных зарядов, накапливающихся за пределами клетки, и электрохимическим равновесием. Чистым эффектом является наблюдаемый отрицательный потенциал отдыха. Потенциал отдыха очень важен в нервной системе, потому что изменения в мембранном потенциале, такие как потенциал действия, являются основой для нейронной сигнализации.

Остерегайтесь рыбы Фуго

Рыбы Фуго (Pufferfish) не часто встречаются во многих меню морепродуктов за пределами Японии, отчасти потому, что они содержат мощный нейротоксин. Тетродотоксин (TTX) является очень селективным напряжением закрытого натрия блокатор канала, который является смертельным в минимальных дозах. Средняя смертельная доза (LD50) для мышей составляет 334 мкг/кг, по сравнению с 8,5 мг/кг для цианида калия. Он также служил в качестве важного инструмента в неврологии исследований. Токсин блокирует поток Na вклетку, когда канал открывается. Это, таким образом, нарушает потенциал действия, но не потенциал оболочек отдыха, и может быть использован для молчания нейронной активности. Механизм его действия был продемонстрирован Тосио Нарахаси и Джоном У. Муром в Университете Дьюка, работающими над гигантским аксоном омаров в 1964 году.


Литература для дополнительного чтения

Cardozo, David. “An Intuitive Approach to Understanding the Resting Membrane Potential.” Advances in Physiology Education 40, no. 4 (November 11, 2016): 543–47. [Source]

NARAHASHI, Toshio. “Tetrodotoxin —A Brief History—.Proceedings of the Japan Academy. Series B, Physical and Biological Sciences 84, no. 5 (May 2008): 147–54. [Source]

Физиология, Натриево-калиевая помпа — StatPearls

Введение

Na+ K+ помпа представляет собой электрогенную трансмембранную АТФазу, впервые открытую в 1957 году и расположенную во внешней плазматической мембране клеток; на цитозольной стороне.[1][2] Na+ K+ АТФаза выкачивает 3 Na+ из клетки и 2K+ в клетку на каждый потребленный АТФ. Плазматическая мембрана представляет собой асимметрично расположенный липидный бислой, содержащий холестерин, фосфолипиды, гликолипиды, сфинголипиды и белки внутри мембраны.[3][4] Насос Na+K+-АТФазы помогает поддерживать осмотическое равновесие и мембранный потенциал в клетках.

Натрий и калий движутся против градиента концентрации. Насос Na+K+-АТФазы поддерживает градиент более высокой концентрации натрия внеклеточно и более высокого уровня калия внутриклеточно. Устойчивый градиент концентрации имеет решающее значение для физиологических процессов во многих органах и играет постоянную роль в стабилизации мембранного потенциала покоя клетки, регулировании объема клетки и передаче клеточного сигнала. [2] Он играет решающую роль в других физиологических процессах, таких как поддержание фильтрации продуктов жизнедеятельности в нефронах (почках), подвижность сперматозоидов и производство потенциала действия нейронов.[5] Кроме того, физиологические последствия ингибирования Na + -K + АТФазы полезны и являются целью во многих фармакологических применениях.

Na, K-АТФаза является важнейшим каркасным белком, который может взаимодействовать с сигнальными белками, такими как протеинкиназа C (PKC) и фосфоинозитид-3-киназа (PI3K).[6]

Клеточная

Структурно Na+ K+ АТФаза состоит из каталитической альфа-субъединицы и вспомогательной бета-субъединицы.[7] Некоторые Na-K-АТФазы включают тканеспецифичную субъединицу, принадлежащую к семейству белков FXYD.[8] Альфа-субъединица содержит трансмембранную область, состоящую из 10 спиралей, обозначаемую как MA1-M10. Внутри этих десяти спиралей расположены сайты связывания ионов, в частности три сайта связывания, которые связываются с Na+ в состоянии E1, и два сайта связывания, которые связываются с K+ в состоянии E2. [9][10][11][12] Структура Na-K-АТФазы состоит из трех участков. Участки один и два перекрываются как в состояниях E1, так и в состояниях E2. Однако третий сайт находится исключительно в состоянии E1 и находится между трансмембранными спиралями M5, M6 и M8, которые связываются с Na+ и также катализируют транспорт H+,[13][14] в зависимости от концентраций Na+, K+ и H+. .[15] Согласно предыдущим исследованиям, селективность помпы в состоянии E2 по отношению к K+ может быть связана с протонированием ион-связывающего кармана.[16]

Функция

Градиенты натрия и калия участвуют в физиологических процессах различных систем органов.[5] Почки имеют высокий уровень экспрессии Na, K-АТФазы, при этом в дистальных извитых канальцах экспрессируется до 50 миллионов насосов на клетку. Этот градиент натрия необходим почкам для фильтрации продуктов жизнедеятельности в крови, реабсорбции аминокислот, реабсорбции глюкозы, регулирования уровня электролитов в крови и поддержания рН.[17]

Сперматозоиды также используют Na, K-АТФазу, но они используют другую изоформу, необходимую для сохранения фертильности у мужчин. Сперматозоидам нужна Na,K-АТФаза для регуляции мембранного потенциала и ионов, что необходимо для подвижности сперматозоидов и функционирования акросомы сперматозоидов во время проникновения в яйцеклетку.[18]

Мозгу также требуется активность NA, K-АТФазы. Нейронам нужен насос Na, K-АТФазы, чтобы обратить вспять постсинаптический поток натрия, чтобы восстановить градиенты калия и натрия, которые необходимы для возбуждения потенциалов действия. Астроциты также нуждаются в насосе Na, K-АТФазы для поддержания градиента натрия, поскольку градиент натрия поддерживает обратный захват нейротрансмиттера. Na, K-АТФазы в сером веществе потребляют значительное количество энергии, до трех четвертей энергии поглощается Na, K-АТФазами в сером веществе, в то время как только четверть всей энергии используется для синтеза белка и молекулярного синтеза.[19]

Патофизиология

Na+-K+ АТФаза играет важную роль в патофизиологии щитовидной железы. При гиперпаратиреозе наблюдается повышение непереносимости жары, повышенное потоотделение и повышенная потеря веса из-за повышенного синтеза Na+-K+-АТФазы, индуцированного избыточным тиреоидным гормоном. Этот повышенный синтез Na + -K + АТФазы затем увеличивает скорость основного обмена, что затем увеличивает потребление кислорода, частоту дыхания, температуру тела и калоригенез.

Клиническое значение

Поскольку Na+-K+ АТФаза необходима для поддержания различных клеточных функций, ее ингибирование может привести к различным патологическим состояниям.Исследования показывают, что у пациентов с сердечной недостаточностью общая концентрация Na, K-АТФазы снижена на 40 % [21]. Одним важным клиническим применением является сердечно-сосудистая фармакология. Например, уабаин представляет собой сердечный гликозид, который ингибирует Na+-K+-АТФазу, связываясь с сайтом K+. Другие сердечные гликозиды, такие как дигоксин и дигитоксин, непосредственно ингибируют Na+-K+-АТФазу.[22] Это ингибирование вызывает накопление избыточного K+ внеклеточно и накопление избыточного Na+ внутриклеточно, поскольку Na+-K+ АТФаза больше не может перекачивать K+ в клетку или выкачивать Na+ из клетки.Это накопление внутриклеточного Na+ препятствует градиенту концентрации, который обычно приводит в действие обменник каналов Na+/Ca 2+, который обычно закачивает Na+ в клетку, а Ca 2+ из клетки, поскольку градиент концентрации неблагоприятен для входа Na+ в клетку, поскольку внутриклеточно накапливается избыток Na+. Таким образом, это косвенное ингибирование обмена Na+/Ca 2+ вызывает накопление Ca 2+ внутри клетки, потому что обменник не может позволить Ca 2+ выйти из клетки, поскольку он не может принять Na+ в клетку.Это увеличение внутриклеточного Ca 2+ затем увеличивает сократительную способность сердца. Эта положительная инотропия стимулирует блуждающий нерв, вызывая снижение частоты сердечных сокращений. Эта физиология имеет клиническое значение при лечении сердечной недостаточности, поскольку увеличивает сократительную способность сердца. Он также имеет клиническое значение при лечении мерцательной аритмии, поскольку снижает проводимость атриовентрикулярного узла и вызывает депрессию синоатриального узла.[23] Также было показано, что диуретическая терапия снижает миокардиальную Na, K-АТФазу при потере калия.Напротив, ингибиторы ангиотензинпревращающего фермента могут стимулировать активность натрий-калиевой помпы.[21]

Еще одно важное клиническое применение включает влияние агонистов бета-адренорецепторов на увеличение числа каналов Na+/K+ АТФазы; это связано с тем, что бета-адренергические агонисты могут усиливать экспрессию гена насоса Na+-K+-АТФазы, что в конечном итоге приводит к увеличению количества фермента и, следовательно, к увеличению активности фермента. Из-за этого повышенного количества Na+/K+ АТФазы в клетку закачивается больше калия, вызывая накопление внутриклеточного калия.Следовательно, внеклеточно этот сдвиг калия внутрь приводит к гипокалиемии во внеклеточной крови. Таким образом, агонисты бета-адренорецепторов также могут вызывать повышенный транспорт Na+ из клетки. Например, повышенный внеклеточный транспорт Na+ через альвеолярные эпителиальные клетки, что затем заставляет легочную жидкость следовать за этим потоком Na+, что в конечном итоге стимулирует клиренс легочной жидкости. [24]]

Инсулин также оказывает клинически значимое воздействие на Na+/K+ АТФазу. Инсулин также увеличивает количество насосов Na+/K+ АТФазы в мембране, это приводит к внутриклеточному сдвигу калия, вызывая гипокалиемию во внеклеточном пространстве крови.[25]

Имеются сообщения об аномальных уровнях экспрессии или активности Na+K+-помпы при диабете, гипертонии, болезни Альцгеймера и различных опухолях, включая глиобластому, немелкоклеточную карциному легкого, рак молочной железы, меланому, колоректальную карциному. и рак мочевого пузыря [26].

Na+ K+-АТФаза и ее эндогенные регуляторы, эндогенные сердечные стероиды (ECS), играют роль в этиологии биполярного расстройства и являются потенциальной мишенью для разработки лекарств для лечения.[27]

 И РНК-, и ДНК-вирусы могут напрямую влиять на функцию Na, K-АТФазы, в частности, вирусные инфекции, нацеленные на компоненты клетки-хозяина. Na, K-АТФаза является многообещающей противовирусной стратегией для минимизации резистентности к противовирусным препаратам и доказала свою эффективность. Сердечные гликозиды ингибируют репликацию цитомегаловируса (ЦМВ) с аддитивным эффектом в сочетании с противовирусными препаратами, такими как ганцикловир.[29] Сердечные гликозиды также могут быть активны в отношении других ДНК-вирусов, таких как вирус простого герпеса (ВПГ), путем ингибирования экспрессии вирусного гена.[30]

Имеются данные о петле амплификации окислителя Na/K-АТФазы в процессе старения, ожирения и сердечно-сосудистых заболеваний. [31]

Каталожные номера

1.
SKOU JC. Влияние некоторых катионов на аденозинтрифосфатазу периферических нервов. Биохим Биофиз Акта. 1957 г., 23 февраля (2): 394–401. [PubMed: 13412736]
2.
Пивоваров А.С., Калаорро Ф., Уокер Р.Дж. Na + /K + – насосные и нейромедиаторные мембранные рецепторы.Инвертировать нейроски. 2018 28 ноября; 19 (1): 1. [Статья бесплатно PMC: PMC6267510] [PubMed: 30488358]
3.
Копец В., Лубе Б., Поулсен Х., Ханделия Х. Молекулярный механизм нарушения работы Na(+),K(+)-АТФазы при мутациях, характерных для надпочечников гипертония. Биохимия. 2014 04 февраля; 53 (4): 746-54. [PubMed: 24428543]
4.
Гиринг К. Функциональные роли субъединиц Na,K-АТФазы. Curr Opin Nephrol Hypertens. 2008 Сентябрь; 17 (5): 526-32. [PubMed: 18695395]
5.
Clausen MV, Hilbers F, Poulsen H.Структура и функция изоформ Na,K-АТФазы в норме и при патологии. Фронт Физиол. 2017;8:371. [Статья бесплатно PMC: PMC5459889] [PubMed: 28634454]
6.
Mohammadi K, Kometiani P, Xie Z, Askari A. Роль протеинкиназы C в сигнальных путях, связывающих Na+/K+-АТФазу с ERK1/2 . Дж. Биол. Хим. 2001 09 ноября; 276 (45): 42050-6. [PubMed: 11562372]
7.
Mercer RW, Biemesderfer D, Bliss DP, Collins JH, Forbush B. Молекулярное клонирование и иммунологическая характеристика гамма-полипептида, небольшого белка, связанного с Na,K-АТФазой.Джей Селл Биол. 1993 г., май; 121 (3): 579–86. [Бесплатная статья PMC: PMC2119561] [PubMed: 8387529]
8.
Биберт С., Лю К.С., Фигтри Г.А., Гарсия А., Гамильтон Э.Дж., Марасси Ф.М., Свиднер К.Дж., Корнелиус Ф., Гиринг К., Расмуссен Х.Х. Белки FXYD обращают ингибирование насоса Na+-K+, опосредованное глутатионилированием его бета1-субъединицы. Дж. Биол. Хим. 2011 27 мая; 286 (21): 18562-72. [Бесплатная статья PMC: PMC3099672] [PubMed: 21454534]
9.
Канаи Р., Огава Х., Вилсен Б. , Корнелиус Ф., Тойосима К.Кристаллическая структура Na+-связанной Na+,K+-АТФазы, предшествующей состоянию E1P. Природа. 2013 10 октября; 502 (7470): 201-6. [PubMed: 24089211]
10.
Лаурсен М., Грегерсен Дж.Л., Ятиме Л., Ниссен П., Федосова Н.У. Структуры и характеристики Na+,K+-АТФазы, связанной с дигоксином и буфалином, по сравнению с комплексом, связанным с уабаином. Proc Natl Acad Sci U S A. 2015 Feb 10;112(6):1755-60. [Бесплатная статья PMC: PMC4330780] [PubMed: 25624492]
11.
Morth JP, Pedersen BP, Toustrup-Jensen MS, Sørensen TL, Petersen J, Andersen JP, Vilsen B, Nissen P.Кристаллическая структура натрий-калиевого насоса. Природа. 2007 г., 13 декабря; 450(7172):1043-9. [PubMed: 18075585]
12.
Shinoda T, Ogawa H, Cornelius F, Toyoshima C. Кристаллическая структура натрий-калиевого насоса с разрешением 2,4 A. Природа. 2009 21 мая; 459 (7245): 446-50. [PubMed: 19458722]
13.
Poulsen H, Khandelia H, Morth JP, Bublitz M, Mouritsen OG, Egebjerg J, Nissen P. Мутации при неврологических заболеваниях нарушают С-концевой ионный путь в Na(+)/K (+)-АТФаза.Природа. 2010 Сентябрь 02;467(7311):99-102. [PubMed: 20720542]
14.
Ratheal IM, Virgin GK, Yu H, Roux B, Gatto C, Artigas P. Селективность внешних центров связывания ионов в насосе Na/K для щелочных металлов и органических катионов. Proc Natl Acad Sci U S A. 26 октября 2010 г.; 107 (43): 18718-23. [Статья бесплатно PMC: PMC2972997] [PubMed: 20937860]
15.
Митчелл Т.Дж., Зугаррамурди С., Оливера Дж.Ф., Гатто С., Артигас П. Влияние натрия и протона на транспорт протонов внутрь через насосы Na/K.Biophys J. 17 июня 2014 г.; 106 (12): 2555-65. [Статья бесплатно PMC: PMC4070169] [PubMed: 24940773]
16.
Yu H, Noskov SY, Roux B. Два механизма ионной селективности в сайтах связывания белков. Proc Natl Acad Sci U S A. 2010 Nov 23;107(47):20329-34. [Статья бесплатно PMC: PMC2996701] [PubMed: 21057111]
17.
el Mernissi G, Barlet-Bas C, Khadouri C, Marsy S, Cheval L, Doucet A. Характеристика и локализация нечувствительной к уабаину Na-зависимой АТФазы активности по ходу нефрона крысы.Биохим Биофиз Акта. 1991 07 мая; 1064 (2): 205-11. [PubMed: 1645198]
18.
Хименес Т., Макдермотт Дж. П., Санчес Г., Бланко Г. Изоформа Na, K-АТФазы альфа4 необходима для фертильности сперматозоидов. Proc Natl Acad Sci U S A. 2011 11 января; 108 (2): 644-9. [Бесплатная статья PMC: PMC3021039] [PubMed: 21187400]
19.
Аттвелл Д., Лафлин С.Б. Энергетический баланс для передачи сигналов в сером веществе головного мозга. J Cereb Blood Flow Metab. 21 октября 2001 г. (10): 1133-45. [PubMed: 11598490]
20.
Лей Дж., Ноубар С., Мариаш К.Н., Ингбар Д.Х. Гормон щитовидной железы стимулирует активность Na-K-АТФазы и ее встраивание в плазматическую мембрану альвеолярных эпителиальных клеток крыс. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 2003 г., сен; 285 (3): L762-72. [PubMed: 12740220]
21.
Кьелдсен К. Миокардиальная Na,K-АТФаза: клинические аспекты. Опыт Клин Кардиол. 2003 г. Осень; 8 (3): 131-3. [Бесплатная статья PMC: PMC2716273] [PubMed: 19641704]
22.
Wang X, Liu J, Drummond CA, Shapiro JI. Натрий-калиевая аденозинтрифосфатаза (Na/K-АТФаза) как терапевтическая мишень при уремической кардиомиопатии.Экспертное мнение по этим целям. 2017 май; 21(5):531-541. [Бесплатная статья PMC: PMC55
] [PubMed: 28338377]
23.
Virgadamo S, Charnigo R, Darrat Y, Morales G, Elayi CS. Дигоксин: систематический обзор мерцательной аритмии, застойной сердечной недостаточности и постинфарктного миокарда. Мир J Кардиол. 2015 26 ноября; 7 (11): 808-16. [Статья бесплатно PMC: PMC4660476] [PubMed: 26635929]
24.
Minakata Y, Suzuki S, Grygorczyk C, Dagenais A, Berthiaume Y. Влияние бета-адренергического агониста на Na+ канал и экспрессию Na+-K+-АТФазы в Альвеолярные клетки II типа.Am J Physiol. 1998 г., август; 275 (2): L414-22. [PubMed: 9700104]
25.
Sweeney G, Niu W, Canfield VA, Levenson R, Klip A. Инсулин увеличивает содержание плазматической мембраны и снижает фосфорилирование Na(+)-K(+) помпы альфа(1)- субъединица в клетках HEK-293. Am J Physiol Cell Physiol. 2001 г., декабрь; 281 (6): C1797-803. [PubMed: 11698237]
26.
Хаджа М.А., Мэтью П.М., Лукмани Ю.А. Активность Na+/K+-АТФазы способствует инвазии эндокринно-резистентных клеток рака молочной железы. ПЛОС Один. 2018;13(3):e0193779.[Бесплатная статья PMC: PMC5874017] [PubMed: 295]
27.
Лихтштейн Д., Илани А., Розен Х., Хореш Н., Сингх С.В., Бузагло Н., Ходес А. Передача сигналов Na⁺, K⁺-АТФазы и биполярное расстройство . Int J Mol Sci. 2018 Aug 07;19(8) [Статья PMC бесплатно: PMC6121236] [PubMed: 30087257]
28.
Amarelle L, Lecuona E. Противовирусные эффекты ингибирования Na,K-АТФазы: мини-обзор. Int J Mol Sci. 24 июля 2018 г., 19(8) [бесплатная статья PMC: PMC6121263] [PubMed: 30042322]
29.
Кай Х, Капур А, Хе Р, Венкатадри Р, Форман М, Познер ГХ, Арав-Богер Р. In vitro комбинация антицитомегаловирусных соединений, действующих через разные мишени: роль параметра наклона и понимание механизмов действия. Противомикробные агенты Chemother. 2014;58(2):986-94. [Бесплатная статья PMC: PMC3

7] [PubMed: 24277030]

30.
Додсон А.В., Тейлор Т.Дж., Найп Д.М., Коэн Д.М. Ингибиторы натрий-калиевой АТФазы, которые нарушают репликацию вируса простого герпеса, идентифицированы с помощью метода химического скрининга. Вирусология. 2007 г., 30 сентября; 366(2):340-8. [Бесплатная статья PMC: PMC2099250] [PubMed: 17544048]
31.
Бартлетт Д.Е., Миллер Р.Б., Тисфельдт С., Лакхани Х.В., Шапиро Д.И., Содхи К. Роль передачи сигналов Na/K-АТФазы при окислительном стрессе, связанном со старением: влияние на ожирение и сердечно-сосудистые заболевания. Int J Mol Sci. 23 июля 2018 г .; 19(7) [Бесплатная статья PMC: PMC6073138] [PubMed: 30041449]

Физиология, Натриево-калиевая помпа — StatPearls

Введение

Na+ K+ помпа представляет собой электрогенную трансмембранную 9-азу5 и впервые обнаружена в 1-АТФ-9азе7. во внешней плазматической мембране клеток; на цитозольной стороне.[1][2] Na+ K+ АТФаза выкачивает 3 Na+ из клетки и 2K+ в клетку на каждый потребляемый АТФ. Плазматическая мембрана представляет собой асимметрично расположенный липидный бислой, содержащий холестерин, фосфолипиды, гликолипиды, сфинголипиды и белки внутри мембраны. Насос Na+K+-АТФазы помогает поддерживать осмотическое равновесие и мембранный потенциал в клетках.

Натрий и калий движутся против градиента концентрации. Насос Na+K+-АТФазы поддерживает градиент более высокой концентрации натрия внеклеточно и более высокого уровня калия внутриклеточно.Устойчивый градиент концентрации имеет решающее значение для физиологических процессов во многих органах и играет постоянную роль в стабилизации мембранного потенциала покоя клетки, регулировании объема клетки и передаче клеточного сигнала. Он играет решающую роль в других физиологических процессах, таких как поддержание фильтрации отходов в нефронах (почках), подвижность сперматозоидов и производство потенциала действия нейронов. Кроме того, физиологические последствия ингибирования Na + -K + АТФазы полезны и являются целью во многих фармакологических применениях.

Na, K-АТФаза является важнейшим каркасным белком, который может взаимодействовать с сигнальными белками, такими как протеинкиназа C (PKC) и фосфоинозитид-3-киназа (PI3K).[6]

Клеточная

Структурно Na+ K+ АТФаза состоит из каталитической альфа-субъединицы и вспомогательной бета-субъединицы.[7] Некоторые Na-K-АТФазы включают тканеспецифичную субъединицу, принадлежащую к семейству белков FXYD.[8] Альфа-субъединица содержит трансмембранную область, состоящую из 10 спиралей, обозначаемую как MA1-M10.Внутри этих десяти спиралей расположены сайты связывания ионов, в частности три сайта связывания, которые связываются с Na+ в состоянии E1, и два сайта связывания, которые связываются с K+ в состоянии E2.[9][10][11][12] Структура Na-K-АТФазы состоит из трех участков. Участки один и два перекрываются как в состояниях E1, так и в состояниях E2. Однако третий сайт находится исключительно в состоянии E1 и находится между трансмембранными спиралями M5, M6 и M8, которые связываются с Na+ и также катализируют транспорт H+,[13][14] в зависимости от концентраций Na+, K+ и H+. .[15] Согласно предыдущим исследованиям, селективность помпы в состоянии E2 для K+ может быть связана с протонированием ион-связывающего кармана.[16]

Функция

Градиенты натрия и калия участвуют в физиологических процессах различных систем органов.[5] Почки имеют высокий уровень экспрессии Na, K-АТФазы, при этом дистальные извитые канальцы экспрессируют до 50 миллионов насосов на клетку. Этот градиент натрия необходим почкам для фильтрации продуктов жизнедеятельности в крови, реабсорбции аминокислот, реабсорбции глюкозы, регулирования уровня электролитов в крови и поддержания рН.[17]

Сперматозоиды также используют Na, K-АТФазу, но они используют другую изоформу, необходимую для сохранения фертильности у мужчин. Сперматозоидам нужна Na, K-АТФаза для регулирования мембранного потенциала и ионов, что необходимо для подвижности сперматозоидов и функционирования акросомы сперматозоидов во время проникновения в яйцеклетку.

Мозгу также требуется активность NA, K-АТФазы. Нейронам нужен насос Na, K-АТФазы, чтобы обратить вспять постсинаптический поток натрия, чтобы восстановить градиенты калия и натрия, которые необходимы для возбуждения потенциалов действия.Астроциты также нуждаются в насосе Na, K-АТФазы для поддержания градиента натрия, поскольку градиент натрия поддерживает обратный захват нейротрансмиттера. Na, K-АТФазы в сером веществе потребляют значительное количество энергии, до трех четвертей энергии поглощается Na, K-АТФазами в сером веществе, в то время как только четверть всей энергии используется для синтеза белка и молекулярного синтеза. [19]

Патофизиология

Na+-K+ АТФаза играет важную роль в патофизиологии щитовидной железы.При гиперпаратиреозе наблюдается повышение непереносимости жары, повышенное потоотделение и повышенная потеря веса из-за повышенного синтеза Na+-K+-АТФазы, индуцированного избыточным тиреоидным гормоном. Этот повышенный синтез Na + -K + АТФазы затем увеличивает скорость основного обмена, что затем увеличивает потребление кислорода, частоту дыхания, температуру тела и калоригенез.

Клиническое значение

Поскольку Na+-K+ АТФаза необходима для поддержания различных клеточных функций, ее ингибирование может привести к различным патологическим состояниям.Исследования показывают, что у пациентов с сердечной недостаточностью общая концентрация Na, K-АТФазы снижена на 40 % [21]. Одним важным клиническим применением является сердечно-сосудистая фармакология. Например, уабаин представляет собой сердечный гликозид, который ингибирует Na+-K+-АТФазу, связываясь с сайтом K+. Другие сердечные гликозиды, такие как дигоксин и дигитоксин, непосредственно ингибируют Na+-K+-АТФазу.[22] Это ингибирование вызывает накопление избыточного K+ внеклеточно и накопление избыточного Na+ внутриклеточно, поскольку Na+-K+ АТФаза больше не может перекачивать K+ в клетку или выкачивать Na+ из клетки.Это накопление внутриклеточного Na+ препятствует градиенту концентрации, который обычно приводит в действие обменник каналов Na+/Ca 2+, который обычно закачивает Na+ в клетку, а Ca 2+ из клетки, поскольку градиент концентрации неблагоприятен для входа Na+ в клетку, поскольку внутриклеточно накапливается избыток Na+. Таким образом, это косвенное ингибирование обмена Na+/Ca 2+ вызывает накопление Ca 2+ внутри клетки, потому что обменник не может позволить Ca 2+ выйти из клетки, поскольку он не может принять Na+ в клетку.Это увеличение внутриклеточного Ca 2+ затем увеличивает сократительную способность сердца. Эта положительная инотропия стимулирует блуждающий нерв, вызывая снижение частоты сердечных сокращений. Эта физиология имеет клиническое значение при лечении сердечной недостаточности, поскольку увеличивает сократительную способность сердца. Он также имеет клиническое значение при лечении мерцательной аритмии, поскольку снижает проводимость атриовентрикулярного узла и вызывает депрессию синоатриального узла.[23] Также было показано, что диуретическая терапия снижает миокардиальную Na, K-АТФазу при потере калия.Напротив, ингибиторы ангиотензинпревращающего фермента могут стимулировать активность натрий-калиевой помпы.[21]

Еще одно важное клиническое применение включает влияние агонистов бета-адренорецепторов на увеличение числа каналов Na+/K+ АТФазы; это связано с тем, что бета-адренергические агонисты могут усиливать экспрессию гена насоса Na+-K+-АТФазы, что в конечном итоге приводит к увеличению количества фермента и, следовательно, к увеличению активности фермента. Из-за этого повышенного количества Na+/K+ АТФазы в клетку закачивается больше калия, вызывая накопление внутриклеточного калия.Следовательно, внеклеточно этот сдвиг калия внутрь приводит к гипокалиемии во внеклеточной крови. Таким образом, агонисты бета-адренорецепторов также могут вызывать повышенный транспорт Na+ из клетки. Например, повышенный внеклеточный транспорт Na+ через альвеолярные эпителиальные клетки, что затем заставляет легочную жидкость следовать за этим потоком Na+, что в конечном итоге стимулирует клиренс легочной жидкости. [24]]

Инсулин также оказывает клинически значимое воздействие на Na+/K+ АТФазу. Инсулин также увеличивает количество насосов Na+/K+ АТФазы в мембране, это приводит к внутриклеточному сдвигу калия, вызывая гипокалиемию во внеклеточном пространстве крови.[25]

Имеются сообщения об аномальных уровнях экспрессии или активности Na+K+-помпы при диабете, гипертонии, болезни Альцгеймера и различных опухолях, включая глиобластому, немелкоклеточную карциному легкого, рак молочной железы, меланому, колоректальную карциному. и рак мочевого пузыря [26].

Na+ K+-АТФаза и ее эндогенные регуляторы, эндогенные сердечные стероиды (ECS), играют роль в этиологии биполярного расстройства и являются потенциальной мишенью для разработки лекарств для лечения.[27]

 И РНК-, и ДНК-вирусы могут напрямую влиять на функцию Na, K-АТФазы, в частности, вирусные инфекции, нацеленные на компоненты клетки-хозяина. Na, K-АТФаза является многообещающей противовирусной стратегией для минимизации резистентности к противовирусным препаратам и доказала свою эффективность. Сердечные гликозиды ингибируют репликацию цитомегаловируса (ЦМВ) с аддитивным эффектом в сочетании с противовирусными препаратами, такими как ганцикловир.[29] Сердечные гликозиды также могут быть активны в отношении других ДНК-вирусов, таких как вирус простого герпеса (ВПГ), путем ингибирования экспрессии вирусного гена.[30]

Имеются данные о петле амплификации окислителя Na/K-АТФазы в процессе старения, ожирения и сердечно-сосудистых заболеваний. [31]

Каталожные номера

1.
SKOU JC. Влияние некоторых катионов на аденозинтрифосфатазу периферических нервов. Биохим Биофиз Акта. 1957 г., 23 февраля (2): 394–401. [PubMed: 13412736]
2.
Пивоваров А.С., Калаорро Ф., Уокер Р.Дж. Na + /K + – насосные и нейромедиаторные мембранные рецепторы.Инвертировать нейроски. 2018 28 ноября; 19 (1): 1. [Статья бесплатно PMC: PMC6267510] [PubMed: 30488358]
3.
Копец В., Лубе Б., Поулсен Х., Ханделия Х. Молекулярный механизм нарушения работы Na(+),K(+)-АТФазы при мутациях, характерных для надпочечников гипертония. Биохимия. 2014 04 февраля; 53 (4): 746-54. [PubMed: 24428543]
4.
Гиринг К. Функциональные роли субъединиц Na,K-АТФазы. Curr Opin Nephrol Hypertens. 2008 Сентябрь; 17 (5): 526-32. [PubMed: 18695395]
5.
Clausen MV, Hilbers F, Poulsen H.Структура и функция изоформ Na,K-АТФазы в норме и при патологии. Фронт Физиол. 2017;8:371. [Статья бесплатно PMC: PMC5459889] [PubMed: 28634454]
6.
Mohammadi K, Kometiani P, Xie Z, Askari A. Роль протеинкиназы C в сигнальных путях, связывающих Na+/K+-АТФазу с ERK1/2 . Дж. Биол. Хим. 2001 09 ноября; 276 (45): 42050-6. [PubMed: 11562372]
7.
Mercer RW, Biemesderfer D, Bliss DP, Collins JH, Forbush B. Молекулярное клонирование и иммунологическая характеристика гамма-полипептида, небольшого белка, связанного с Na,K-АТФазой.Джей Селл Биол. 1993 г., май; 121 (3): 579–86. [Бесплатная статья PMC: PMC2119561] [PubMed: 8387529]
8.
Биберт С., Лю К.С., Фигтри Г.А., Гарсия А., Гамильтон Э.Дж., Марасси Ф.М., Свиднер К.Дж., Корнелиус Ф., Гиринг К., Расмуссен Х.Х. Белки FXYD обращают ингибирование насоса Na+-K+, опосредованное глутатионилированием его бета1-субъединицы. Дж. Биол. Хим. 2011 27 мая; 286 (21): 18562-72. [Бесплатная статья PMC: PMC3099672] [PubMed: 21454534]
9.
Канаи Р., Огава Х., Вилсен Б. , Корнелиус Ф., Тойосима К.Кристаллическая структура Na+-связанной Na+,K+-АТФазы, предшествующей состоянию E1P. Природа. 2013 10 октября; 502 (7470): 201-6. [PubMed: 24089211]
10.
Лаурсен М., Грегерсен Дж.Л., Ятиме Л., Ниссен П., Федосова Н.У. Структуры и характеристики Na+,K+-АТФазы, связанной с дигоксином и буфалином, по сравнению с комплексом, связанным с уабаином. Proc Natl Acad Sci U S A. 2015 Feb 10;112(6):1755-60. [Бесплатная статья PMC: PMC4330780] [PubMed: 25624492]
11.
Morth JP, Pedersen BP, Toustrup-Jensen MS, Sørensen TL, Petersen J, Andersen JP, Vilsen B, Nissen P.Кристаллическая структура натрий-калиевого насоса. Природа. 2007 г., 13 декабря; 450(7172):1043-9. [PubMed: 18075585]
12.
Shinoda T, Ogawa H, Cornelius F, Toyoshima C. Кристаллическая структура натрий-калиевого насоса с разрешением 2,4 A. Природа. 2009 21 мая; 459 (7245): 446-50. [PubMed: 19458722]
13.
Poulsen H, Khandelia H, Morth JP, Bublitz M, Mouritsen OG, Egebjerg J, Nissen P. Мутации при неврологических заболеваниях нарушают С-концевой ионный путь в Na(+)/K (+)-АТФаза.Природа. 2010 Сентябрь 02;467(7311):99-102. [PubMed: 20720542]
14.
Ratheal IM, Virgin GK, Yu H, Roux B, Gatto C, Artigas P. Селективность внешних центров связывания ионов в насосе Na/K для щелочных металлов и органических катионов. Proc Natl Acad Sci U S A. 26 октября 2010 г.; 107 (43): 18718-23. [Статья бесплатно PMC: PMC2972997] [PubMed: 20937860]
15.
Митчелл Т.Дж., Зугаррамурди С., Оливера Дж.Ф., Гатто С., Артигас П. Влияние натрия и протона на транспорт протонов внутрь через насосы Na/K.Biophys J. 17 июня 2014 г.; 106 (12): 2555-65. [Статья бесплатно PMC: PMC4070169] [PubMed: 24940773]
16.
Yu H, Noskov SY, Roux B. Два механизма ионной селективности в сайтах связывания белков. Proc Natl Acad Sci U S A. 2010 Nov 23;107(47):20329-34. [Статья бесплатно PMC: PMC2996701] [PubMed: 21057111]
17.
el Mernissi G, Barlet-Bas C, Khadouri C, Marsy S, Cheval L, Doucet A. Характеристика и локализация нечувствительной к уабаину Na-зависимой АТФазы активности по ходу нефрона крысы.Биохим Биофиз Акта. 1991 07 мая; 1064 (2): 205-11. [PubMed: 1645198]
18.
Хименес Т., Макдермотт Дж. П., Санчес Г., Бланко Г. Изоформа Na, K-АТФазы альфа4 необходима для фертильности сперматозоидов. Proc Natl Acad Sci U S A. 2011 11 января; 108 (2): 644-9. [Бесплатная статья PMC: PMC3021039] [PubMed: 21187400]
19.
Аттвелл Д., Лафлин С.Б. Энергетический баланс для передачи сигналов в сером веществе головного мозга. J Cereb Blood Flow Metab. 21 октября 2001 г. (10): 1133-45. [PubMed: 11598490]
20.
Лей Дж., Ноубар С., Мариаш К.Н., Ингбар Д.Х. Гормон щитовидной железы стимулирует активность Na-K-АТФазы и ее встраивание в плазматическую мембрану альвеолярных эпителиальных клеток крыс. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 2003 г., сен; 285 (3): L762-72. [PubMed: 12740220]
21.
Кьелдсен К. Миокардиальная Na,K-АТФаза: клинические аспекты. Опыт Клин Кардиол. 2003 г. Осень; 8 (3): 131-3. [Бесплатная статья PMC: PMC2716273] [PubMed: 19641704]
22.
Wang X, Liu J, Drummond CA, Shapiro JI. Натрий-калиевая аденозинтрифосфатаза (Na/K-АТФаза) как терапевтическая мишень при уремической кардиомиопатии.Экспертное мнение по этим целям. 2017 май; 21(5):531-541. [Бесплатная статья PMC: PMC55
] [PubMed: 28338377]
23.
Virgadamo S, Charnigo R, Darrat Y, Morales G, Elayi CS. Дигоксин: систематический обзор мерцательной аритмии, застойной сердечной недостаточности и постинфарктного миокарда. Мир J Кардиол. 2015 26 ноября; 7 (11): 808-16. [Статья бесплатно PMC: PMC4660476] [PubMed: 26635929]
24.
Minakata Y, Suzuki S, Grygorczyk C, Dagenais A, Berthiaume Y. Влияние бета-адренергического агониста на Na+ канал и экспрессию Na+-K+-АТФазы в Альвеолярные клетки II типа.Am J Physiol. 1998 г., август; 275 (2): L414-22. [PubMed: 9700104]
25.
Sweeney G, Niu W, Canfield VA, Levenson R, Klip A. Инсулин увеличивает содержание плазматической мембраны и снижает фосфорилирование Na(+)-K(+) помпы альфа(1)- субъединица в клетках HEK-293. Am J Physiol Cell Physiol. 2001 г., декабрь; 281 (6): C1797-803. [PubMed: 11698237]
26.
Хаджа М.А., Мэтью П.М., Лукмани Ю.А. Активность Na+/K+-АТФазы способствует инвазии эндокринно-резистентных клеток рака молочной железы. ПЛОС Один. 2018;13(3):e0193779.[Бесплатная статья PMC: PMC5874017] [PubMed: 295]
27.
Лихтштейн Д., Илани А., Розен Х., Хореш Н., Сингх С.В., Бузагло Н., Ходес А. Передача сигналов Na⁺, K⁺-АТФазы и биполярное расстройство . Int J Mol Sci. 2018 Aug 07;19(8) [Статья PMC бесплатно: PMC6121236] [PubMed: 30087257]
28.
Amarelle L, Lecuona E. Противовирусные эффекты ингибирования Na,K-АТФазы: мини-обзор. Int J Mol Sci. 24 июля 2018 г., 19(8) [бесплатная статья PMC: PMC6121263] [PubMed: 30042322]
29.
Кай Х, Капур А, Хе Р, Венкатадри Р, Форман М, Познер ГХ, Арав-Богер Р.In vitro комбинация антицитомегаловирусных соединений, действующих через разные мишени: роль параметра наклона и понимание механизмов действия. Противомикробные агенты Chemother. 2014;58(2):986-94. [Бесплатная статья PMC: PMC3

7] [PubMed: 24277030]

30.
Додсон А.В., Тейлор Т.Дж., Найп Д.М., Коэн Д.М. Ингибиторы натрий-калиевой АТФазы, которые нарушают репликацию вируса простого герпеса, идентифицированы с помощью метода химического скрининга. Вирусология. 2007 г., 30 сентября; 366(2):340-8. [Бесплатная статья PMC: PMC2099250] [PubMed: 17544048]
31.
Бартлетт Д.Е., Миллер Р.Б., Тисфельдт С., Лакхани Х.В., Шапиро Д.И., Содхи К. Роль передачи сигналов Na/K-АТФазы при окислительном стрессе, связанном со старением: влияние на ожирение и сердечно-сосудистые заболевания. Int J Mol Sci. 23 июля 2018 г .; 19(7) [Бесплатная статья PMC: PMC6073138] [PubMed: 30041449]

Физиология, Натриево-калиевая помпа — StatPearls

Введение

Na+ K+ помпа представляет собой электрогенную трансмембранную 9-азу5 и впервые обнаружена в 1-АТФ-9азе7. во внешней плазматической мембране клеток; на цитозольной стороне.[1][2] Na+ K+ АТФаза выкачивает 3 Na+ из клетки и 2K+ в клетку на каждый потребляемый АТФ. Плазматическая мембрана представляет собой асимметрично расположенный липидный бислой, содержащий холестерин, фосфолипиды, гликолипиды, сфинголипиды и белки внутри мембраны. Насос Na+K+-АТФазы помогает поддерживать осмотическое равновесие и мембранный потенциал в клетках.

Натрий и калий движутся против градиента концентрации. Насос Na+K+-АТФазы поддерживает градиент более высокой концентрации натрия внеклеточно и более высокого уровня калия внутриклеточно.Устойчивый градиент концентрации имеет решающее значение для физиологических процессов во многих органах и играет постоянную роль в стабилизации мембранного потенциала покоя клетки, регулировании объема клетки и передаче клеточного сигнала. Он играет решающую роль в других физиологических процессах, таких как поддержание фильтрации отходов в нефронах (почках), подвижность сперматозоидов и производство потенциала действия нейронов. Кроме того, физиологические последствия ингибирования Na + -K + АТФазы полезны и являются целью во многих фармакологических применениях.

Na, K-АТФаза является важнейшим каркасным белком, который может взаимодействовать с сигнальными белками, такими как протеинкиназа C (PKC) и фосфоинозитид-3-киназа (PI3K).[6]

Клеточная

Структурно Na+ K+ АТФаза состоит из каталитической альфа-субъединицы и вспомогательной бета-субъединицы.[7] Некоторые Na-K-АТФазы включают тканеспецифичную субъединицу, принадлежащую к семейству белков FXYD.[8] Альфа-субъединица содержит трансмембранную область, состоящую из 10 спиралей, обозначаемую как MA1-M10.Внутри этих десяти спиралей расположены сайты связывания ионов, в частности три сайта связывания, которые связываются с Na+ в состоянии E1, и два сайта связывания, которые связываются с K+ в состоянии E2.[9][10][11][12] Структура Na-K-АТФазы состоит из трех участков. Участки один и два перекрываются как в состояниях E1, так и в состояниях E2. Однако третий сайт находится исключительно в состоянии E1 и находится между трансмембранными спиралями M5, M6 и M8, которые связываются с Na+ и также катализируют транспорт H+,[13][14] в зависимости от концентраций Na+, K+ и H+. .[15] Согласно предыдущим исследованиям, селективность помпы в состоянии E2 для K+ может быть связана с протонированием ион-связывающего кармана.[16]

Функция

Градиенты натрия и калия участвуют в физиологических процессах различных систем органов.[5] Почки имеют высокий уровень экспрессии Na, K-АТФазы, при этом дистальные извитые канальцы экспрессируют до 50 миллионов насосов на клетку. Этот градиент натрия необходим почкам для фильтрации продуктов жизнедеятельности в крови, реабсорбции аминокислот, реабсорбции глюкозы, регулирования уровня электролитов в крови и поддержания рН.[17]

Сперматозоиды также используют Na, K-АТФазу, но они используют другую изоформу, необходимую для сохранения фертильности у мужчин. Сперматозоидам нужна Na, K-АТФаза для регулирования мембранного потенциала и ионов, что необходимо для подвижности сперматозоидов и функционирования акросомы сперматозоидов во время проникновения в яйцеклетку.

Мозгу также требуется активность NA, K-АТФазы. Нейронам нужен насос Na, K-АТФазы, чтобы обратить вспять постсинаптический поток натрия, чтобы восстановить градиенты калия и натрия, которые необходимы для возбуждения потенциалов действия.Астроциты также нуждаются в насосе Na, K-АТФазы для поддержания градиента натрия, поскольку градиент натрия поддерживает обратный захват нейротрансмиттера. Na, K-АТФазы в сером веществе потребляют значительное количество энергии, до трех четвертей энергии поглощается Na, K-АТФазами в сером веществе, в то время как только четверть всей энергии используется для синтеза белка и молекулярного синтеза. [19]

Патофизиология

Na+-K+ АТФаза играет важную роль в патофизиологии щитовидной железы.При гиперпаратиреозе наблюдается повышение непереносимости жары, повышенное потоотделение и повышенная потеря веса из-за повышенного синтеза Na+-K+-АТФазы, индуцированного избыточным тиреоидным гормоном. Этот повышенный синтез Na + -K + АТФазы затем увеличивает скорость основного обмена, что затем увеличивает потребление кислорода, частоту дыхания, температуру тела и калоригенез.

Клиническое значение

Поскольку Na+-K+ АТФаза необходима для поддержания различных клеточных функций, ее ингибирование может привести к различным патологическим состояниям.Исследования показывают, что у пациентов с сердечной недостаточностью общая концентрация Na, K-АТФазы снижена на 40 % [21]. Одним важным клиническим применением является сердечно-сосудистая фармакология. Например, уабаин представляет собой сердечный гликозид, который ингибирует Na+-K+-АТФазу, связываясь с сайтом K+. Другие сердечные гликозиды, такие как дигоксин и дигитоксин, непосредственно ингибируют Na+-K+-АТФазу.[22] Это ингибирование вызывает накопление избыточного K+ внеклеточно и накопление избыточного Na+ внутриклеточно, поскольку Na+-K+ АТФаза больше не может перекачивать K+ в клетку или выкачивать Na+ из клетки.Это накопление внутриклеточного Na+ препятствует градиенту концентрации, который обычно приводит в действие обменник каналов Na+/Ca 2+, который обычно закачивает Na+ в клетку, а Ca 2+ из клетки, поскольку градиент концентрации неблагоприятен для входа Na+ в клетку, поскольку внутриклеточно накапливается избыток Na+. Таким образом, это косвенное ингибирование обмена Na+/Ca 2+ вызывает накопление Ca 2+ внутри клетки, потому что обменник не может позволить Ca 2+ выйти из клетки, поскольку он не может принять Na+ в клетку.Это увеличение внутриклеточного Ca 2+ затем увеличивает сократительную способность сердца. Эта положительная инотропия стимулирует блуждающий нерв, вызывая снижение частоты сердечных сокращений. Эта физиология имеет клиническое значение при лечении сердечной недостаточности, поскольку увеличивает сократительную способность сердца. Он также имеет клиническое значение при лечении мерцательной аритмии, поскольку снижает проводимость атриовентрикулярного узла и вызывает депрессию синоатриального узла.[23] Также было показано, что диуретическая терапия снижает миокардиальную Na, K-АТФазу при потере калия.Напротив, ингибиторы ангиотензинпревращающего фермента могут стимулировать активность натрий-калиевой помпы.[21]

Еще одно важное клиническое применение включает влияние агонистов бета-адренорецепторов на увеличение числа каналов Na+/K+ АТФазы; это связано с тем, что бета-адренергические агонисты могут усиливать экспрессию гена насоса Na+-K+-АТФазы, что в конечном итоге приводит к увеличению количества фермента и, следовательно, к увеличению активности фермента. Из-за этого повышенного количества Na+/K+ АТФазы в клетку закачивается больше калия, вызывая накопление внутриклеточного калия.Следовательно, внеклеточно этот сдвиг калия внутрь приводит к гипокалиемии во внеклеточной крови. Таким образом, агонисты бета-адренорецепторов также могут вызывать повышенный транспорт Na+ из клетки. Например, повышенный внеклеточный транспорт Na+ через альвеолярные эпителиальные клетки, что затем заставляет легочную жидкость следовать за этим потоком Na+, что в конечном итоге стимулирует клиренс легочной жидкости. [24]]

Инсулин также оказывает клинически значимое воздействие на Na+/K+ АТФазу. Инсулин также увеличивает количество насосов Na+/K+ АТФазы в мембране, это приводит к внутриклеточному сдвигу калия, вызывая гипокалиемию во внеклеточном пространстве крови.[25]

Имеются сообщения об аномальных уровнях экспрессии или активности Na+K+-помпы при диабете, гипертонии, болезни Альцгеймера и различных опухолях, включая глиобластому, немелкоклеточную карциному легкого, рак молочной железы, меланому, колоректальную карциному. и рак мочевого пузыря [26].

Na+ K+-АТФаза и ее эндогенные регуляторы, эндогенные сердечные стероиды (ECS), играют роль в этиологии биполярного расстройства и являются потенциальной мишенью для разработки лекарств для лечения.[27]

 И РНК-, и ДНК-вирусы могут напрямую влиять на функцию Na, K-АТФазы, в частности, вирусные инфекции, нацеленные на компоненты клетки-хозяина. Na, K-АТФаза является многообещающей противовирусной стратегией для минимизации резистентности к противовирусным препаратам и доказала свою эффективность. Сердечные гликозиды ингибируют репликацию цитомегаловируса (ЦМВ) с аддитивным эффектом в сочетании с противовирусными препаратами, такими как ганцикловир.[29] Сердечные гликозиды также могут быть активны в отношении других ДНК-вирусов, таких как вирус простого герпеса (ВПГ), путем ингибирования экспрессии вирусного гена.[30]

Имеются данные о петле амплификации окислителя Na/K-АТФазы в процессе старения, ожирения и сердечно-сосудистых заболеваний.[31]

Каталожные номера

1.
SKOU JC. Влияние некоторых катионов на аденозинтрифосфатазу периферических нервов. Биохим Биофиз Акта. 1957 г., 23 февраля (2): 394–401. [PubMed: 13412736]
2.
Пивоваров А.С., Калаорро Ф., Уокер Р.Дж. Na + /K + – насосные и нейромедиаторные мембранные рецепторы.Инвертировать нейроски. 2018 28 ноября; 19 (1): 1. [Статья бесплатно PMC: PMC6267510] [PubMed: 30488358]
3.
Копец В., Лубе Б., Поулсен Х., Ханделия Х. Молекулярный механизм нарушения работы Na(+),K(+)-АТФазы при мутациях, характерных для надпочечников гипертония. Биохимия. 2014 04 февраля; 53 (4): 746-54. [PubMed: 24428543]
4.
Гиринг К. Функциональные роли субъединиц Na,K-АТФазы. Curr Opin Nephrol Hypertens. 2008 Сентябрь; 17 (5): 526-32. [PubMed: 18695395]
5.
Clausen MV, Hilbers F, Poulsen H.Структура и функция изоформ Na,K-АТФазы в норме и при патологии. Фронт Физиол. 2017;8:371. [Статья бесплатно PMC: PMC5459889] [PubMed: 28634454]
6.
Mohammadi K, Kometiani P, Xie Z, Askari A. Роль протеинкиназы C в сигнальных путях, связывающих Na+/K+-АТФазу с ERK1/2 . Дж. Биол. Хим. 2001 09 ноября; 276 (45): 42050-6. [PubMed: 11562372]
7.
Mercer RW, Biemesderfer D, Bliss DP, Collins JH, Forbush B. Молекулярное клонирование и иммунологическая характеристика гамма-полипептида, небольшого белка, связанного с Na,K-АТФазой.Джей Селл Биол. 1993 г., май; 121 (3): 579–86. [Бесплатная статья PMC: PMC2119561] [PubMed: 8387529]
8.
Биберт С., Лю К.С., Фигтри Г.А., Гарсия А., Гамильтон Э.Дж., Марасси Ф.М., Свиднер К.Дж., Корнелиус Ф., Гиринг К., Расмуссен Х.Х. Белки FXYD обращают ингибирование насоса Na+-K+, опосредованное глутатионилированием его бета1-субъединицы. Дж. Биол. Хим. 2011 27 мая; 286 (21): 18562-72. [Бесплатная статья PMC: PMC3099672] [PubMed: 21454534]
9.
Канаи Р., Огава Х., Вилсен Б., Корнелиус Ф., Тойосима К.Кристаллическая структура Na+-связанной Na+,K+-АТФазы, предшествующей состоянию E1P. Природа. 2013 10 октября; 502 (7470): 201-6. [PubMed: 24089211]
10.
Лаурсен М., Грегерсен Дж.Л., Ятиме Л., Ниссен П., Федосова Н.У. Структуры и характеристики Na+,K+-АТФазы, связанной с дигоксином и буфалином, по сравнению с комплексом, связанным с уабаином. Proc Natl Acad Sci U S A. 2015 Feb 10;112(6):1755-60. [Бесплатная статья PMC: PMC4330780] [PubMed: 25624492]
11.
Morth JP, Pedersen BP, Toustrup-Jensen MS, Sørensen TL, Petersen J, Andersen JP, Vilsen B, Nissen P.Кристаллическая структура натрий-калиевого насоса. Природа. 2007 г., 13 декабря; 450(7172):1043-9. [PubMed: 18075585]
12.
Shinoda T, Ogawa H, Cornelius F, Toyoshima C. Кристаллическая структура натрий-калиевого насоса с разрешением 2,4 A. Природа. 2009 21 мая; 459 (7245): 446-50. [PubMed: 19458722]
13.
Poulsen H, Khandelia H, Morth JP, Bublitz M, Mouritsen OG, Egebjerg J, Nissen P. Мутации при неврологических заболеваниях нарушают С-концевой ионный путь в Na(+)/K (+)-АТФаза.Природа. 2010 Сентябрь 02;467(7311):99-102. [PubMed: 20720542]
14.
Ratheal IM, Virgin GK, Yu H, Roux B, Gatto C, Artigas P. Селективность внешних центров связывания ионов в насосе Na/K для щелочных металлов и органических катионов. Proc Natl Acad Sci U S A. 26 октября 2010 г.; 107 (43): 18718-23. [Статья бесплатно PMC: PMC2972997] [PubMed: 20937860]
15.
Митчелл Т.Дж., Зугаррамурди С., Оливера Дж.Ф., Гатто С., Артигас П. Влияние натрия и протона на транспорт протонов внутрь через насосы Na/K.Biophys J. 17 июня 2014 г.; 106 (12): 2555-65. [Статья бесплатно PMC: PMC4070169] [PubMed: 24940773]
16.
Yu H, Noskov SY, Roux B. Два механизма ионной селективности в сайтах связывания белков. Proc Natl Acad Sci U S A. 2010 Nov 23;107(47):20329-34. [Статья бесплатно PMC: PMC2996701] [PubMed: 21057111]
17.
el Mernissi G, Barlet-Bas C, Khadouri C, Marsy S, Cheval L, Doucet A. Характеристика и локализация нечувствительной к уабаину Na-зависимой АТФазы активности по ходу нефрона крысы.Биохим Биофиз Акта. 1991 07 мая; 1064 (2): 205-11. [PubMed: 1645198]
18.
Хименес Т., Макдермотт Дж. П., Санчес Г., Бланко Г. Изоформа Na, K-АТФазы альфа4 необходима для фертильности сперматозоидов. Proc Natl Acad Sci U S A. 2011 11 января; 108 (2): 644-9. [Бесплатная статья PMC: PMC3021039] [PubMed: 21187400]
19.
Аттвелл Д., Лафлин С.Б. Энергетический баланс для передачи сигналов в сером веществе головного мозга. J Cereb Blood Flow Metab. 21 октября 2001 г. (10): 1133-45. [PubMed: 11598490]
20.
Лей Дж., Ноубар С., Мариаш К.Н., Ингбар Д.Х. Гормон щитовидной железы стимулирует активность Na-K-АТФазы и ее встраивание в плазматическую мембрану альвеолярных эпителиальных клеток крыс. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 2003 г., сен; 285 (3): L762-72. [PubMed: 12740220]
21.
Кьелдсен К. Миокардиальная Na,K-АТФаза: клинические аспекты. Опыт Клин Кардиол. 2003 г. Осень; 8 (3): 131-3. [Бесплатная статья PMC: PMC2716273] [PubMed: 19641704]
22.
Wang X, Liu J, Drummond CA, Shapiro JI. Натрий-калиевая аденозинтрифосфатаза (Na/K-АТФаза) как терапевтическая мишень при уремической кардиомиопатии.Экспертное мнение по этим целям. 2017 май; 21(5):531-541. [Бесплатная статья PMC: PMC55
] [PubMed: 28338377]
23.
Virgadamo S, Charnigo R, Darrat Y, Morales G, Elayi CS. Дигоксин: систематический обзор мерцательной аритмии, застойной сердечной недостаточности и постинфарктного миокарда. Мир J Кардиол. 2015 26 ноября; 7 (11): 808-16. [Статья бесплатно PMC: PMC4660476] [PubMed: 26635929]
24.
Minakata Y, Suzuki S, Grygorczyk C, Dagenais A, Berthiaume Y. Влияние бета-адренергического агониста на Na+ канал и экспрессию Na+-K+-АТФазы в Альвеолярные клетки II типа.Am J Physiol. 1998 г., август; 275 (2): L414-22. [PubMed: 9700104]
25.
Sweeney G, Niu W, Canfield VA, Levenson R, Klip A. Инсулин увеличивает содержание плазматической мембраны и снижает фосфорилирование Na(+)-K(+) помпы альфа(1)- субъединица в клетках HEK-293. Am J Physiol Cell Physiol. 2001 г., декабрь; 281 (6): C1797-803. [PubMed: 11698237]
26.
Хаджа М.А., Мэтью П.М., Лукмани Ю.А. Активность Na+/K+-АТФазы способствует инвазии эндокринно-резистентных клеток рака молочной железы. ПЛОС Один. 2018;13(3):e0193779.[Бесплатная статья PMC: PMC5874017] [PubMed: 295]
27.
Лихтштейн Д., Илани А., Розен Х., Хореш Н., Сингх С.В., Бузагло Н., Ходес А. Передача сигналов Na⁺, K⁺-АТФазы и биполярное расстройство . Int J Mol Sci. 2018 Aug 07;19(8) [Статья PMC бесплатно: PMC6121236] [PubMed: 30087257]
28.
Amarelle L, Lecuona E. Противовирусные эффекты ингибирования Na,K-АТФазы: мини-обзор. Int J Mol Sci. 24 июля 2018 г., 19(8) [бесплатная статья PMC: PMC6121263] [PubMed: 30042322]
29.
Кай Х, Капур А, Хе Р, Венкатадри Р, Форман М, Познер ГХ, Арав-Богер Р.In vitro комбинация антицитомегаловирусных соединений, действующих через разные мишени: роль параметра наклона и понимание механизмов действия. Противомикробные агенты Chemother. 2014;58(2):986-94. [Бесплатная статья PMC: PMC3

7] [PubMed: 24277030]

30.
Додсон А.В., Тейлор Т.Дж., Найп Д.М., Коэн Д.М. Ингибиторы натрий-калиевой АТФазы, которые нарушают репликацию вируса простого герпеса, идентифицированы с помощью метода химического скрининга. Вирусология. 2007 г., 30 сентября; 366(2):340-8. [Бесплатная статья PMC: PMC2099250] [PubMed: 17544048]
31.
Бартлетт Д.Е., Миллер Р.Б., Тисфельдт С., Лакхани Х.В., Шапиро Д.И., Содхи К. Роль передачи сигналов Na/K-АТФазы при окислительном стрессе, связанном со старением: влияние на ожирение и сердечно-сосудистые заболевания. Int J Mol Sci. 23 июля 2018 г .; 19(7) [Бесплатная статья PMC: PMC6073138] [PubMed: 30041449]

Физиология, Натриево-калиевая помпа — StatPearls

Введение

Na+ K+ помпа представляет собой электрогенную трансмембранную 9-азу5 и впервые обнаружена в 1-АТФ-9азе7. во внешней плазматической мембране клеток; на цитозольной стороне.[1][2] Na+ K+ АТФаза выкачивает 3 Na+ из клетки и 2K+ в клетку на каждый потребляемый АТФ. Плазматическая мембрана представляет собой асимметрично расположенный липидный бислой, содержащий холестерин, фосфолипиды, гликолипиды, сфинголипиды и белки внутри мембраны. Насос Na+K+-АТФазы помогает поддерживать осмотическое равновесие и мембранный потенциал в клетках.

Натрий и калий движутся против градиента концентрации. Насос Na+K+-АТФазы поддерживает градиент более высокой концентрации натрия внеклеточно и более высокого уровня калия внутриклеточно.Устойчивый градиент концентрации имеет решающее значение для физиологических процессов во многих органах и играет постоянную роль в стабилизации мембранного потенциала покоя клетки, регулировании объема клетки и передаче клеточного сигнала. Он играет решающую роль в других физиологических процессах, таких как поддержание фильтрации отходов в нефронах (почках), подвижность сперматозоидов и производство потенциала действия нейронов. Кроме того, физиологические последствия ингибирования Na + -K + АТФазы полезны и являются целью во многих фармакологических применениях.

Na, K-АТФаза является важнейшим каркасным белком, который может взаимодействовать с сигнальными белками, такими как протеинкиназа C (PKC) и фосфоинозитид-3-киназа (PI3K).[6]

Клеточная

Структурно Na+ K+ АТФаза состоит из каталитической альфа-субъединицы и вспомогательной бета-субъединицы.[7] Некоторые Na-K-АТФазы включают тканеспецифичную субъединицу, принадлежащую к семейству белков FXYD.[8] Альфа-субъединица содержит трансмембранную область, состоящую из 10 спиралей, обозначаемую как MA1-M10.Внутри этих десяти спиралей расположены сайты связывания ионов, в частности три сайта связывания, которые связываются с Na+ в состоянии E1, и два сайта связывания, которые связываются с K+ в состоянии E2.[9][10][11][12] Структура Na-K-АТФазы состоит из трех участков. Участки один и два перекрываются как в состояниях E1, так и в состояниях E2. Однако третий сайт находится исключительно в состоянии E1 и находится между трансмембранными спиралями M5, M6 и M8, которые связываются с Na+ и также катализируют транспорт H+,[13][14] в зависимости от концентраций Na+, K+ и H+. .[15] Согласно предыдущим исследованиям, селективность помпы в состоянии E2 для K+ может быть связана с протонированием ион-связывающего кармана.[16]

Функция

Градиенты натрия и калия участвуют в физиологических процессах различных систем органов.[5] Почки имеют высокий уровень экспрессии Na, K-АТФазы, при этом дистальные извитые канальцы экспрессируют до 50 миллионов насосов на клетку. Этот градиент натрия необходим почкам для фильтрации продуктов жизнедеятельности в крови, реабсорбции аминокислот, реабсорбции глюкозы, регулирования уровня электролитов в крови и поддержания рН.[17]

Сперматозоиды также используют Na, K-АТФазу, но они используют другую изоформу, необходимую для сохранения фертильности у мужчин. Сперматозоидам нужна Na, K-АТФаза для регулирования мембранного потенциала и ионов, что необходимо для подвижности сперматозоидов и функционирования акросомы сперматозоидов во время проникновения в яйцеклетку.

Мозгу также требуется активность NA, K-АТФазы. Нейронам нужен насос Na, K-АТФазы, чтобы обратить вспять постсинаптический поток натрия, чтобы восстановить градиенты калия и натрия, которые необходимы для возбуждения потенциалов действия.Астроциты также нуждаются в насосе Na, K-АТФазы для поддержания градиента натрия, поскольку градиент натрия поддерживает обратный захват нейротрансмиттера. Na, K-АТФазы в сером веществе потребляют значительное количество энергии, до трех четвертей энергии поглощается Na, K-АТФазами в сером веществе, в то время как только четверть всей энергии используется для синтеза белка и молекулярного синтеза. [19]

Патофизиология

Na+-K+ АТФаза играет важную роль в патофизиологии щитовидной железы.При гиперпаратиреозе наблюдается повышение непереносимости жары, повышенное потоотделение и повышенная потеря веса из-за повышенного синтеза Na+-K+-АТФазы, индуцированного избыточным тиреоидным гормоном. Этот повышенный синтез Na + -K + АТФазы затем увеличивает скорость основного обмена, что затем увеличивает потребление кислорода, частоту дыхания, температуру тела и калоригенез.

Клиническое значение

Поскольку Na+-K+ АТФаза необходима для поддержания различных клеточных функций, ее ингибирование может привести к различным патологическим состояниям.Исследования показывают, что у пациентов с сердечной недостаточностью общая концентрация Na, K-АТФазы снижена на 40 % [21]. Одним важным клиническим применением является сердечно-сосудистая фармакология. Например, уабаин представляет собой сердечный гликозид, который ингибирует Na+-K+-АТФазу, связываясь с сайтом K+. Другие сердечные гликозиды, такие как дигоксин и дигитоксин, непосредственно ингибируют Na+-K+-АТФазу.[22] Это ингибирование вызывает накопление избыточного K+ внеклеточно и накопление избыточного Na+ внутриклеточно, поскольку Na+-K+ АТФаза больше не может перекачивать K+ в клетку или выкачивать Na+ из клетки.Это накопление внутриклеточного Na+ препятствует градиенту концентрации, который обычно приводит в действие обменник каналов Na+/Ca 2+, который обычно закачивает Na+ в клетку, а Ca 2+ из клетки, поскольку градиент концентрации неблагоприятен для входа Na+ в клетку, поскольку внутриклеточно накапливается избыток Na+. Таким образом, это косвенное ингибирование обмена Na+/Ca 2+ вызывает накопление Ca 2+ внутри клетки, потому что обменник не может позволить Ca 2+ выйти из клетки, поскольку он не может принять Na+ в клетку.Это увеличение внутриклеточного Ca 2+ затем увеличивает сократительную способность сердца. Эта положительная инотропия стимулирует блуждающий нерв, вызывая снижение частоты сердечных сокращений. Эта физиология имеет клиническое значение при лечении сердечной недостаточности, поскольку увеличивает сократительную способность сердца. Он также имеет клиническое значение при лечении мерцательной аритмии, поскольку снижает проводимость атриовентрикулярного узла и вызывает депрессию синоатриального узла.[23] Также было показано, что диуретическая терапия снижает миокардиальную Na, K-АТФазу при потере калия.Напротив, ингибиторы ангиотензинпревращающего фермента могут стимулировать активность натрий-калиевой помпы.[21]

Еще одно важное клиническое применение включает влияние агонистов бета-адренорецепторов на увеличение числа каналов Na+/K+ АТФазы; это связано с тем, что бета-адренергические агонисты могут усиливать экспрессию гена насоса Na+-K+-АТФазы, что в конечном итоге приводит к увеличению количества фермента и, следовательно, к увеличению активности фермента. Из-за этого повышенного количества Na+/K+ АТФазы в клетку закачивается больше калия, вызывая накопление внутриклеточного калия.Следовательно, внеклеточно этот сдвиг калия внутрь приводит к гипокалиемии во внеклеточной крови. Таким образом, агонисты бета-адренорецепторов также могут вызывать повышенный транспорт Na+ из клетки. Например, повышенный внеклеточный транспорт Na+ через альвеолярные эпителиальные клетки, что затем заставляет легочную жидкость следовать за этим потоком Na+, что в конечном итоге стимулирует клиренс легочной жидкости. [24]]

Инсулин также оказывает клинически значимое воздействие на Na+/K+ АТФазу. Инсулин также увеличивает количество насосов Na+/K+ АТФазы в мембране, это приводит к внутриклеточному сдвигу калия, вызывая гипокалиемию во внеклеточном пространстве крови.[25]

Имеются сообщения об аномальных уровнях экспрессии или активности Na+K+-помпы при диабете, гипертонии, болезни Альцгеймера и различных опухолях, включая глиобластому, немелкоклеточную карциному легкого, рак молочной железы, меланому, колоректальную карциному. и рак мочевого пузыря [26].

Na+ K+-АТФаза и ее эндогенные регуляторы, эндогенные сердечные стероиды (ECS), играют роль в этиологии биполярного расстройства и являются потенциальной мишенью для разработки лекарств для лечения.[27]

 И РНК-, и ДНК-вирусы могут напрямую влиять на функцию Na, K-АТФазы, в частности, вирусные инфекции, нацеленные на компоненты клетки-хозяина. Na, K-АТФаза является многообещающей противовирусной стратегией для минимизации резистентности к противовирусным препаратам и доказала свою эффективность. Сердечные гликозиды ингибируют репликацию цитомегаловируса (ЦМВ) с аддитивным эффектом в сочетании с противовирусными препаратами, такими как ганцикловир.[29] Сердечные гликозиды также могут быть активны в отношении других ДНК-вирусов, таких как вирус простого герпеса (ВПГ), путем ингибирования экспрессии вирусного гена.[30]

Имеются данные о петле амплификации окислителя Na/K-АТФазы в процессе старения, ожирения и сердечно-сосудистых заболеваний.[31]

Каталожные номера

1.
SKOU JC. Влияние некоторых катионов на аденозинтрифосфатазу периферических нервов. Биохим Биофиз Акта. 1957 г., 23 февраля (2): 394–401. [PubMed: 13412736]
2.
Пивоваров А.С., Калаорро Ф., Уокер Р.Дж. Na + /K + – насосные и нейромедиаторные мембранные рецепторы.Инвертировать нейроски. 2018 28 ноября; 19 (1): 1. [Статья бесплатно PMC: PMC6267510] [PubMed: 30488358]
3.
Копец В., Лубе Б., Поулсен Х., Ханделия Х. Молекулярный механизм нарушения работы Na(+),K(+)-АТФазы при мутациях, характерных для надпочечников гипертония. Биохимия. 2014 04 февраля; 53 (4): 746-54. [PubMed: 24428543]
4.
Гиринг К. Функциональные роли субъединиц Na,K-АТФазы. Curr Opin Nephrol Hypertens. 2008 Сентябрь; 17 (5): 526-32. [PubMed: 18695395]
5.
Clausen MV, Hilbers F, Poulsen H.Структура и функция изоформ Na,K-АТФазы в норме и при патологии. Фронт Физиол. 2017;8:371. [Статья бесплатно PMC: PMC5459889] [PubMed: 28634454]
6.
Mohammadi K, Kometiani P, Xie Z, Askari A. Роль протеинкиназы C в сигнальных путях, связывающих Na+/K+-АТФазу с ERK1/2 . Дж. Биол. Хим. 2001 09 ноября; 276 (45): 42050-6. [PubMed: 11562372]
7.
Mercer RW, Biemesderfer D, Bliss DP, Collins JH, Forbush B. Молекулярное клонирование и иммунологическая характеристика гамма-полипептида, небольшого белка, связанного с Na,K-АТФазой.Джей Селл Биол. 1993 г., май; 121 (3): 579–86. [Бесплатная статья PMC: PMC2119561] [PubMed: 8387529]
8.
Биберт С., Лю К.С., Фигтри Г.А., Гарсия А., Гамильтон Э.Дж., Марасси Ф.М., Свиднер К.Дж., Корнелиус Ф., Гиринг К., Расмуссен Х.Х. Белки FXYD обращают ингибирование насоса Na+-K+, опосредованное глутатионилированием его бета1-субъединицы. Дж. Биол. Хим. 2011 27 мая; 286 (21): 18562-72. [Бесплатная статья PMC: PMC3099672] [PubMed: 21454534]
9.
Канаи Р., Огава Х., Вилсен Б., Корнелиус Ф., Тойосима К.Кристаллическая структура Na+-связанной Na+,K+-АТФазы, предшествующей состоянию E1P. Природа. 2013 10 октября; 502 (7470): 201-6. [PubMed: 24089211]
10.
Лаурсен М., Грегерсен Дж.Л., Ятиме Л., Ниссен П., Федосова Н.У. Структуры и характеристики Na+,K+-АТФазы, связанной с дигоксином и буфалином, по сравнению с комплексом, связанным с уабаином. Proc Natl Acad Sci U S A. 2015 Feb 10;112(6):1755-60. [Бесплатная статья PMC: PMC4330780] [PubMed: 25624492]
11.
Morth JP, Pedersen BP, Toustrup-Jensen MS, Sørensen TL, Petersen J, Andersen JP, Vilsen B, Nissen P.Кристаллическая структура натрий-калиевого насоса. Природа. 2007 г., 13 декабря; 450(7172):1043-9. [PubMed: 18075585]
12.
Shinoda T, Ogawa H, Cornelius F, Toyoshima C. Кристаллическая структура натрий-калиевого насоса с разрешением 2,4 A. Природа. 2009 21 мая; 459 (7245): 446-50. [PubMed: 19458722]
13.
Poulsen H, Khandelia H, Morth JP, Bublitz M, Mouritsen OG, Egebjerg J, Nissen P. Мутации при неврологических заболеваниях нарушают С-концевой ионный путь в Na(+)/K (+)-АТФаза.Природа. 2010 Сентябрь 02;467(7311):99-102. [PubMed: 20720542]
14.
Ratheal IM, Virgin GK, Yu H, Roux B, Gatto C, Artigas P. Селективность внешних центров связывания ионов в насосе Na/K для щелочных металлов и органических катионов. Proc Natl Acad Sci U S A. 26 октября 2010 г.; 107 (43): 18718-23. [Статья бесплатно PMC: PMC2972997] [PubMed: 20937860]
15.
Митчелл Т.Дж., Зугаррамурди С., Оливера Дж.Ф., Гатто С., Артигас П. Влияние натрия и протона на транспорт протонов внутрь через насосы Na/K.Biophys J. 17 июня 2014 г.; 106 (12): 2555-65. [Статья бесплатно PMC: PMC4070169] [PubMed: 24940773]
16.
Yu H, Noskov SY, Roux B. Два механизма ионной селективности в сайтах связывания белков. Proc Natl Acad Sci U S A. 2010 Nov 23;107(47):20329-34. [Статья бесплатно PMC: PMC2996701] [PubMed: 21057111]
17.
el Mernissi G, Barlet-Bas C, Khadouri C, Marsy S, Cheval L, Doucet A. Характеристика и локализация нечувствительной к уабаину Na-зависимой АТФазы активности по ходу нефрона крысы.Биохим Биофиз Акта. 1991 07 мая; 1064 (2): 205-11. [PubMed: 1645198]
18.
Хименес Т., Макдермотт Дж. П., Санчес Г., Бланко Г. Изоформа Na, K-АТФазы альфа4 необходима для фертильности сперматозоидов. Proc Natl Acad Sci U S A. 2011 11 января; 108 (2): 644-9. [Бесплатная статья PMC: PMC3021039] [PubMed: 21187400]
19.
Аттвелл Д., Лафлин С.Б. Энергетический баланс для передачи сигналов в сером веществе головного мозга. J Cereb Blood Flow Metab. 21 октября 2001 г. (10): 1133-45. [PubMed: 11598490]
20.
Лей Дж., Ноубар С., Мариаш К.Н., Ингбар Д.Х. Гормон щитовидной железы стимулирует активность Na-K-АТФазы и ее встраивание в плазматическую мембрану альвеолярных эпителиальных клеток крыс. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 2003 г., сен; 285 (3): L762-72. [PubMed: 12740220]
21.
Кьелдсен К. Миокардиальная Na,K-АТФаза: клинические аспекты. Опыт Клин Кардиол. 2003 г. Осень; 8 (3): 131-3. [Бесплатная статья PMC: PMC2716273] [PubMed: 19641704]
22.
Wang X, Liu J, Drummond CA, Shapiro JI. Натрий-калиевая аденозинтрифосфатаза (Na/K-АТФаза) как терапевтическая мишень при уремической кардиомиопатии.Экспертное мнение по этим целям. 2017 май; 21(5):531-541. [Бесплатная статья PMC: PMC55
] [PubMed: 28338377]
23.
Virgadamo S, Charnigo R, Darrat Y, Morales G, Elayi CS. Дигоксин: систематический обзор мерцательной аритмии, застойной сердечной недостаточности и постинфарктного миокарда. Мир J Кардиол. 2015 26 ноября; 7 (11): 808-16. [Статья бесплатно PMC: PMC4660476] [PubMed: 26635929]
24.
Minakata Y, Suzuki S, Grygorczyk C, Dagenais A, Berthiaume Y. Влияние бета-адреномиметиков на Na+ канал и экспрессию Na+-K+-АТФазы в Альвеолярные клетки II типа.Am J Physiol. 1998 г., август; 275 (2): L414-22. [PubMed: 9700104]
25.
Sweeney G, Niu W, Canfield VA, Levenson R, Klip A. Инсулин увеличивает содержание плазматической мембраны и снижает фосфорилирование Na(+)-K(+) помпы альфа(1)- субъединица в клетках HEK-293. Am J Physiol Cell Physiol. 2001 г., декабрь; 281 (6): C1797-803. [PubMed: 11698237]
26.
Хаджа М.А., Мэтью П.М., Лукмани Ю.А. Активность Na+/K+-АТФазы способствует инвазии эндокринно-резистентных клеток рака молочной железы. ПЛОС Один. 2018;13(3):e0193779.[Бесплатная статья PMC: PMC5874017] [PubMed: 295]
27.
Лихтштейн Д., Илани А., Розен Х., Хореш Н., Сингх С.В., Бузагло Н., Ходес А. Передача сигналов Na⁺, K⁺-АТФазы и биполярное расстройство . Int J Mol Sci. 2018 Aug 07;19(8) [Статья PMC бесплатно: PMC6121236] [PubMed: 30087257]
28.
Amarelle L, Lecuona E. Противовирусные эффекты ингибирования Na,K-АТФазы: мини-обзор. Int J Mol Sci. 24 июля 2018 г., 19(8) [бесплатная статья PMC: PMC6121263] [PubMed: 30042322]
29.
Кай Х, Капур А, Хе Р, Венкатадри Р, Форман М, Познер ГХ, Арав-Богер Р.In vitro комбинация антицитомегаловирусных соединений, действующих через разные мишени: роль параметра наклона и понимание механизмов действия. Противомикробные агенты Chemother. 2014;58(2):986-94. [Бесплатная статья PMC: PMC3

7] [PubMed: 24277030]

30.
Додсон А.В., Тейлор Т.Дж., Найп Д.М., Коэн Д.М. Ингибиторы натрий-калиевой АТФазы, которые нарушают репликацию вируса простого герпеса, идентифицированы с помощью метода химического скрининга. Вирусология. 2007 г., 30 сентября; 366(2):340-8. [Бесплатная статья PMC: PMC2099250] [PubMed: 17544048]
31.
Бартлетт Д.Е., Миллер Р.Б., Тисфельдт С., Лакхани Х.В., Шапиро Д.И., Содхи К. Роль передачи сигналов Na/K-АТФазы при окислительном стрессе, связанном со старением: влияние на ожирение и сердечно-сосудистые заболевания. Int J Mol Sci. 23 июля 2018 г., 19(7) [бесплатная статья PMC: PMC6073138] [PubMed: 30041449]

RMP: Theory

РМП Лаборатория

РМП > Теория
  Все клетки в состоянии покоя имеют разность электрических потенциалов на плазматической мембране такая, что внутренняя часть клетки заряжена отрицательно по отношению к внешней.Этот потенциал представляет собой мембранный потенциал покоя ; это величина зависит от типа клетки, но обычно колеблется в пределах -60 и -90 мВ. По соглашению полярность (положительная или отрицательная) мембранный потенциал выражается через знак избыточного заряда внутри ячейки
Мембранный потенциал можно объяснить тем, что там несколько большее количество отрицательных зарядов чем положительные заряды внутри клетки и несколько большее количество положительные заряды, чем отрицательный заряд снаружи.Лишний негатив заряды внутри клетки электрически притягиваются к избыточному положительные заряды вне клетки и наоборот.
Таким образом, эти избыточные ионы собираются вдоль тонкой оболочки на внутренней и внешней поверхностях плазматической мембраны, тогда как большая часть внутриклеточной и внеклеточной жидкости электрически нейтральный. Суммарное количество положительных и отрицательных зарядов, которые должны быть разделены через мембрану для учета потенциала незначительная доля от общего количества зарядов, фактически находящихся в клетка.

Мембрана покоя потенциал определяется главным образом двумя факторами:

Ионы натрия, калия и хлорида присутствуют в самых высоких концентрациях и поэтому обычно играют наиболее важные роли в формировании покоящейся мембраны потенциал.

Ион Внеклеточный
ммоль/л
Внутриклеточный
ммоль/л
Нет данных + 150 15
Класс 110 10
К + 5 150
Концентрация ионов натрия и хлора внутри клетки ниже, чем снаружи, а концентрация калия внутри клетки больше.
Эти различия концентраций натрия и калия обусловлены действием мембранно-активного транспорта система, которая перекачивает натрий из клетки и калий в нее.
Na + — K + Цикл насоса
А .Три иона Na + на внутренней стороне клеточной мембраны связываются к белку насоса (молекуле-носителю).

Б . Белок насоса фосфорилируется АТФ.


С . 3 иона Na + выбрасываются наружу. клеточной мембраны, а снаружи К + связывается с белком насоса.

Д . K + высвобождается внутрь клетки и белок насоса высвобождает фосфат и возвращается к исходному конформация.

 

 

Чтобы понять, как концентрация различия для натрия и калия (поддерживаются мембранными насосами) создают мембранные потенциалы, рассмотрим следующую ситуацию: пусть предположим, что мембрана проницаема только для калия, но не к натрию.Следовательно, калий может диффундировать через мембрану, но натрия нельзя. В начальный момент разность потенциалов отсутствует. мембрана, потому что оба раствора электрически нейтральны; то есть они содержат равное количество положительных и отрицательных ионов.
Внутри —> Снаружи

Поскольку мембрана проницаемы для ионов калия, они будут стекать вниз по их концентрации градиент; я.е. к внешней стороне клетки. Существует также градиент концентрации, способствующий диффузии натрия в противоположном направлении. направлении, но мембрана непроницаема для натрия. Соответственно, после того, как несколько ионов калия выйдут из клетки, клетка имеют избыток отрицательного заряда, тогда как внешний раствор будет иметь избыток положительного заряда; т. е. разность потенциалов будет существуют через мембрану.

Внутри —> Снаружи
Сама разность потенциалов влияет движение ионов калия. Их (будучи положительными) привлекает отрицательный заряд на внутриклеточной стороне мембраны и отталкивается положительным зарядом на внеклеточной стороне мембрана. До тех пор, пока сила, обусловленная движением градиента концентрации ионов калия вне клетки больше, чем электрическая сила при движении в противоположном направлении будет чистое внешнее движение ионов калия; клетка будет становиться все более и более отрицательной, пока электрическая сила, препятствующая выходу ионов калия из клетки равна силе из-за градиента концентрации, способствующего его выходу.
Внутри —> Снаружи
Мембранный потенциал, при котором электрическая сила равна по величине, но противоположна по направлению сила концентрации называется равновесным потенциалом для этого иона. В равновесного потенциала нет чистого движения иона, потому что противодействующие силы, действующие на него, точно уравновешены.
Внутри —> Снаружи

 

Чтобы перейти к следующему разделу: Теория Нернста, нажмите здесь

PDB-101: Молекула месяца: натрий-калиевый насос

натрий-калиевый насос с ионами калия (зеленый) в местах транспорта и аналогом фосфата (желтый) в месте связывания АТФ.Клеточная мембрана схематично показана серым цветом.

Скачать изображение в формате TIFF в высоком качестве

Наше тело потребляет много энергии. АТФ (аденозинтрифосфат) является одним из основных источников энергии в наших клетках; он постоянно используется и перестраивается в течение дня. Удивительно, но если вы суммируете количество АТФ, которое вырабатывается каждый день, оно будет примерно равно весу всего вашего тела. Эта АТФ расходуется по-разному: для питания мышц, для обеспечения правильной реакции ферментов, для обогрева тела.Однако львиная доля приходится на изображенный здесь белок: примерно треть АТФ, вырабатываемого нашими клетками, расходуется на питание натрий-калиевого насоса.

Перекачивание ионов
Натриево-калиевый насос (записи PDB 2zxe и 3b8e ) находится в наших клеточных мембранах, где он отвечает за создание градиента ионов. Он постоянно перекачивает ионы натрия из клетки и ионы калия в клетку, питаясь от АТФ. На каждый расщепленный АТФ уходит 3 иона натрия и 2 иона калия.Поскольку клетка истощается по натрию, это создает электрический градиент и градиент концентрации, оба из которых используются для решения многих задач.
Удивительные градиенты

Наиболее эффектное использование этого градиента — передача нервных сигналов. Аксоны наших нервов истощают запасы ионов натрия, а затем используют специальные натриевые каналы, управляемые потенциалом, чтобы позволить ионам вернуться обратно во время нервного импульса. Натриево-калиевая помпа поддерживает готовность аксона к следующему сигналу.Градиент также помогает контролировать осмотическое давление внутри клеток и приводит в действие множество других насосов, которые связывают поток ионов натрия с транспортом других молекул, таких как ионы кальция или глюкозы.

Медицина для сердца
Традиционное лекарство от сердечной недостаточности блокирует натрий-калиевый насос. Растительные токсины, такие как наперстянка и уабаин (запись PDB 3a3y ) и аналогичные токсины ядовитых жаб, известные под общим названием кардиотонические стероиды, можно использовать в малых дозах для замедления прокачки ионов.По мере того, как уровень ионов натрия внутри клетки увеличивается, это замедляет натрий-кальциевый обмен, что приводит к накоплению кальция, что в конечном итоге увеличивает силу сокращения сердечной мышцы. Недавние исследования показали, что наши собственные клетки производят молекулы, подобные этим токсинам, но только в низких концентрациях, чтобы регулировать действие наших натрий-калиевых насосов.
Насосы P-типа
Натриево-калиевый насос (показан здесь из статьи PDB 2zxe ) относится к большому классу АТФазных насосов P-типа, названных так потому, что все они включают в свой механизм промежуточное соединение, связанное с фосфатом.Несколько других примеров в настоящее время доступны в PDB. Доступны многие структуры кальциевого насоса (запись PDB 1su4 здесь изображена), показывающие, как эти насосы претерпевают большие конформационные изменения в ходе цикла насоса. Другие примеры включают протонный насос, обнаруженный в мембранах клеток растений (запись PDB 3b8c ), и протонно-калиевый насос, который подкисляет желудок (запись PDB 3ixz , здесь не показан). Протонный насос и кальциевый насос состоят из одной цепи, тогда как насосы, транспортирующие калий, обычно имеют вторую меньшую цепь, показанную здесь бирюзовым цветом.Структура натрий-калиевого насоса также имеет третью регуляторную цепь, показанную здесь фиолетовым цветом.

Флуоресцентные индикаторы Na+ и K+ для визуализации функций клеток| Абкам

Na + Краткий обзор показателей

Существует большая разница в концентрации ионов натрия внутри и вне клетки (5–40 мМ внутриклеточно; 120–450 мМ внеклеточно, в зависимости от организма). Этот градиент концентрации необходим для поглощения питательных веществ, регулирования концентрации других внутриклеточных ионов и растворенных веществ, а также для генерации и передачи электрических импульсов в возбудимых клетках.Низкая внутриклеточная концентрация натрия требует использования чувствительных красителей, способных регистрировать любые небольшие изменения. Поскольку внутриклеточная концентрация калия обычно выше, чем концентрация натрия (более 100 мМ), индикаторы Na+ должны избирательно реагировать на Na+, а не на K+.

2

Индикатор

Возбуждение (NM) Эмиссия (НМ) K D (мм) D (мм)
ION Natrium Green — TMA SOLT / AM 488-517 540 20

Форма ацетоксиметилового (АМ) эфира, впервые представленная в 1981 году докторомTsien1, 2 является неинвазивным и наиболее популярным методом загрузки флуоресцентных ионных индикаторов в клетки. Фенольные и карбоновые кислотные функции молекулы образованы в виде сложных эфиров AM

. Эти сложные эфиры делают молекулу достаточно гидрофобной, чтобы проникать через мембрану. Оказавшись внутри клетки, неспецифические

эстеразы, обнаруженные почти во всех типах клеток, гидролизуют сложные эфиры обратно в полианионную форму, необходимую для растворимости в воде;

удержание в клетке; и для обнаружения ионов.

Ion NaTRIUM Green — соль TMA+

Ion NaTRIUM Green — это флуоресцентный индикатор видимой длины волны с полезным динамическим диапазоном для измерения цитозольных концентраций Na +  . Краситель возбуждается видимым светом. Хотя Ion NaTRIUM Green максимально возбуждает при 517 нм, его исключительная яркость позволяет возбуждать при стандартных настройках 488 нм. Кроме того, он хорошо работает для двухфотонного возбуждения ближним инфракрасным светом. Ion NaTRIUM Green также отличается устойчивостью к фотообесцвечиванию и утечке.

Соль ТМА представляет собой водорастворимую форму соли Ion NaTRIUM Green, доступную для целей калибровки или для инвазивной нагрузки, такой как микроинъекция в клетки или загрузка через цельноклеточный накладной электрод, а также для калибровки красителя in vitro .

Ion NaTRIUM Green – AM

Ацетоксиметиловый (AM) сложный эфир Ion NaTRIUM Green является неинвазивным и является наиболее популярным методом загрузки индикаторов флуоресцентных ионов в клетки. Фенольные и карбоновые кислотные функции молекулы дериватизированы в виде сложных эфиров АМ.Эти сложные эфиры делают молекулу достаточно гидрофобной, чтобы проникать через мембрану. Оказавшись внутри клетки, неспецифические эстеразы , обнаруженные почти во всех типах клеток, гидролизуют сложные эфиры обратно в полианионную форму, необходимую для растворимости в воде, удержания в клетке и восприятия ионов. Загрузку обычно проводят в культуральной среде без сыворотки эфиром AM в конечной концентрации в диапазоне 1–10 мкМ.

K

+ K + Индикаторы на первый взгляд 6

ионный калий зеленый

ионный калий зеленый представляет собой флуоресцентный индикатор с полезным K D для измерения цитозолического K + концентрация.Он легко загружается и возбуждается видимым светом. Несмотря на то, что он не является ратиометрическим, его большой динамический диапазон флуоресценции позволяет обнаруживать даже небольшие изменения концентрации K + . Оптимальное возбуждение происходит при длине волны 517 нм, но индикатор можно возбуждать и при обычной длине волны 488 нм. Ионно-калиевый зеленый хорошо работает с 2-фотонным возбуждением в ближнем инфракрасном диапазоне длин волн, и, хотя он не полностью устойчив к фотообесцвечиванию, он более устойчив, чем другие красители. Как и его аналог Na + , он полезен для конфокальной микроскопии, проточной цитометрии и скрининга.

PBFI

K d PBFI для K + сильно зависит от присутствия Na + , со значением 5,1 мМ в отсутствие Na + и 44 мМ в растворах с объединенная концентрация Na + и K + составляет 135 мМ (что приблизительно соответствует физиологической ионной силе). Хотя селективность ПБФИ по К + меньше, чем у индикаторов Са 2+ типа Фура-2, она достаточна для определения физиологических концентраций К + в присутствии других одновалентных катионов.Спектральный отклик PBFI при связывании ионов позволяет измерять коэффициент возбуждения, и этот индикатор можно использовать с теми же оптическими фильтрами и оборудованием, что и для Fura-2.

Na

+ ионофоры

Ионофоры облегчают транспорт ионов Na+ через липидные мембраны, в результате чего Na+ поступает из компартмента с более высокой концентрацией Na+ через мембрану в компартмент с более низкой концентрацией Na+. Эти ионофоры можно использовать для уравновешивания внутриклеточных и внеклеточных концентраций Na+.

Натриевая соль монензина — Na + -селективный карбоксильный ионофор

K

+ ионофоры

Валиномицин

Валиномицин представляет собой природную жирорастворимую молекулу, которая связывает 9 ионов O 5 O 3 + (K) липидные бислои. Он проявляет 10 000-кратную селективность по K + по сравнению с Na + . Валиномицин — сильный антибиотик. Он обычно используется в качестве агента для индукции апоптоза, а также может использоваться для калибровки потенциометрических ответов в экспериментах с мембранами с использованием потенциально чувствительных красителей.

Нигерицин

Нигерицин селективен как для K + , так и для ионов водорода (H + ). Поэтому он обычно используется для флуоресцентной калибровки цитозольных индикаторов рН.

неактин

некинактин

Моновалентное катионное катионное ионофору, которые отображают селективность для K + и NH 4 + = NH + = NH 4 + > MG + > MG 2+ > Li + >> Ca 2+ ).Индуцирует транспорт катионов через искусственные мембраны.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

индикатор Эмиссия (нм) k K D (мм)
44407055 540 18 18
PBFI 340/390 2 340/390 5007059 5