Натриевый насос - Про Тепло | Про уют в вашем доме
16 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Натриевый насос

Цикл натрий-калиевого насоса

Натрий-калиевый насос транспортирует натрий из, и калий в клетку в повторяющемся цикле конформационных[8] изменений (формы). В каждом цикле, три иона натрия покидают клетку, в то время как два иона калия проникают в неё. Этот процесс выполняется пошагово:

1. Сначала насос-переносчик открыт для внутренней стороны клетки. В этом расположении насос-переносчик легко соединяется с Na + ионами (имеет высокое влечение/стремление к ним) и возьмёт три из них.

2. Когда Na + ионы связываются, они запускают насос-переносчик для гидролиза (разложения) АТФ. Одна фосфатная группа из АТФ прикрепляется к насосу-переносчику, который затем называется фосфорилированным. АДФ выпускается как побочный продукт.

3. Фосфорилирование приводит к изменению положения насоса-переносчика, его переориентации, от чего он открывается в сторону внеклеточного пространства. В этой конформации, насос-переносчик больше не связывается со всей готовностью с Na + ионами (имеет низкое влечение/стремление к ним), поэтому три Na + иона высвобождаются наружу клетки/покидают клетку.

4. В этом направленном наружу расположении, насос-переносчик меняет влечение и теперь легко связывается с (имеет высокое влечение к) K + ионам. Он свяжет два из них, и это вызовет удаление фосфатной группы, прикрепленной к насосу, на этапе 2.

5. С исчезновением фосфатной группы, насос-переносчик снова вернется к исходному положению, направив себя внутрь клетки.

6. В своем обращенном внутрь положении, насос-переносчик больше не связывается так легко с K + ионами, поэтому два K + иона будут высвобождаться/проникать в цитоплазму. Затем насос возвращается в то расположение, в котором он находился на этапе 1, и цикл может начаться снова.

Этот цикл может показаться сложным и запутанным, но на самом деле он просто включает в себя вращение белка-переносчика вперед и назад между двумя пространственными расположениями: обращенное внутрь расположение с высоким влечением к натрию (и с низким влечением к калию) и обращенное наружу расположение с высоким влечением к калию (и низким влечением к натрию). Белок может переключаться между этими положениями, путем добавления или удаления фосфатной группы, которая, в свою очередь, контролируется связыванием ионов, подлежащих транспортировке.

Содержимое этого пояснительного текста является модифицированным дериватом статьи «Активный транспорт» от OpenStax College, Biology (CC BY 3.0).

Поскольку 3Na + экспортируется на каждые 2K + внесенные в клетку, насос вносит небольшой вклад в МПП (что делает его немного более отрицательным, чем в противном случае). Однако, несмотря на большой вклад насоса в мембранный потенциал, этот вклад является косвенным: он поддерживает устойчивыми Na + и K + градиенты, которые порождают мембранный потенциал, пока Na + и K + движутся по своим градиентам концентрации через каналы утечки.

Как натрий-калиевый насос влияет на водный баланс?

Na + -K + —насос также играет решающую роль в поддержании осморегуляции[9] клетки. Без насоса внутриклеточная осмолярность превышала бы внеклеточную осмолярность при электрохимическом равновесии: вода приливала бы в клетку, и клетка бы лопнула!

С точки зрения насоса, МПП и весь нейронный сигнальный аппарат можно рассматривать как побочный эффект попытки клетки избежать цитолиза![10]

[1] Потенциал — это возможность, он сродни понятию «потенция».

[2] Потенциал покоя — это разность электрических потенциалов между внутренней и наружной сторонами мембраны, когда клетка находится в состоянии физиологического покоя. Его средняя величина составляет -70 мВ (милливольт).

[3] Понимание того, как работает нервная система, начинается с того, что надо разобраться, как работает отдельная нервная клетка — нейрон.
А в основе работы нейрона с нервными импульсами лежит перераспределение электрических зарядов на его мембране и изменение величины электрических потенциалов. Но чтобы потенциал изменять, его нужно для начала иметь. Поэтому можно сказать, что нейрон, готовясь к cвоей нервной работе, создаёт на своей мембране электрический потенциал, как возможность для такой работы.
Таким образом, наш самый первый шаг к изучению работы нервной системы — это понять, каким образом перемещаются электрические заряды на нервных клетках к как за счёт этого на мембране появляется электрический потенциала. Этим мы и займёмся, и назовём этот процесс появления электрического потенциала у нейронов — формирование потенциала покоя. Электрический потенциал мембраны — это её возможности по перемещению электрических зарядов, положительных или отрицательных. В роли зарядов выступают заряженные химические частицы — ионы натрия и калия, а также кальция и хлора. Из них только ионы хлора заряжены отрицательно (-), а остальные — положительно (+).
Таким образом, имея электрический потенциал, мембрана может перемещать в клетку или из клетки указанные выше заряженные ионы.
Важно понимать, что в нервной системе электрические заряды создаются не электронами, как в металлических проводах, а ионами — химическими частицами, имеющими электрический заряд. Электрический ток в организме и его клетках — это поток ионов, а не электронов, как в проводах. Обратите также внимание на то, что заряд мембраны измеряется изнутри клетки, а не снаружи.

[4] В этом контексте, проницаемость относится к способности конкретной молекулы пересекать клеточную мембрану клетки, путем диффузии (рассеивания) [Проникновение одного вещества в другое при их соприкосновении].

· Если молекула может пересекать мембрану, мембрана считается проницаемой для этой молекулы.

· Если молекула не может пересечь мембрану, мембрана не является проницаемой (непроницаемая) для этой молекулы.

Проницаемость так же ещё делится по степеням. То есть, мембрана может быть более проницаемой для одного типа молекулы, чем для другой (даже если она «проницаема» для обоих). Если мембрана более проницаема для молекулы, ей легче диффундировать [проникать (проникнуть), смешиваться (смешаться) путём диффузии] сквозь мембрану. Если мембрана менее проницаема для молекулы, то для этой молекулы будет сложнее диффундировать сквозь мембрану.

[5] Концепция — конструктивный принцип, замысел.

[6] Если говорить конкретнее, то получается, что снаружи вокруг клетки будут преобладать положительные ионы (катионы Na + и K + ), а внутри — отрицательные ионы (анионы органических кислот, не способные свободно перемещаться через мембрану, как Na + и K + ).

[7] Чистое движение — это общее направление движения вещества. Чистое движение измеряется силой пропускной способности на одной стороне от силы, с другой. Молекулы имеют тенденцию двигаться все время во всех направлениях, и это применимо к молекулам воды, которые перемещаются во время осмоса, и к любым типам молекул, которые перемещаются во время диффузии. В обоих случаях есть движущая сила, которая заставляет молекулы перемещаться в конкретное направление. Это не означает, что все молекулы будут двигаться таким образом, поскольку некоторые еще движутся в противоположном направлении. Число молекул, движущихся в направлении движущей силы, минус число молекул, движущихся в других направлениях, — это чистое движение молекул.

[8] conformatio — форма, построение, расположение. Деформируются, изменяя свою пространственную конфигурацию, расположение.

[9] Осмос — одностороннее движение растворителя (воды) через полупроницаемую мембрану, отделющих два раствора с различной концентрацией растворенных веществ (осмотически активные вещества), в сторону раствора с высокой концентрацией.

[10] Цитолиз — процесс разрушения клеток эукариот, выражающийся в виде их полного или частичного растворения под действием лизосомальных ферментов. Цитолиз может быть как частью нормальных физиологических процессов, например при эмбриогенезе, так и патологическим состоянием, возникающим при повреждении клетки внешними факторами, например, при воздействии на клетку антител.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Для студента самое главное не сдать экзамен, а вовремя вспомнить про него. 9908 — | 7443 — или читать все.

188.64.169.166 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)

очень нужно

Нобелевка и арифметические ошибки: натрий-калиевый насос

Итак, имеем википедическую статью про натрий-калиевую аденозинтрифосфатазу. Когда я был маленький, её (аденозинтрифосфатазу, а не статью) называли проще — натрий-калиевым насосом (иногда помпой). Некий датский биохимик по фамилии Скоу открыл этот белок в 1957 году, а через сорок лет получил за это открытие нобелевку. Википедия про повод к нобелевке написала плохо, и об этом будет речь дальше. Но пока — про саму аденозинтрифосфатазу чуть более живо, чем в википедии.

Читать еще:  Соединительная планка для линолеума

Зачем нужен этот насос? Он нужен для того, чтобы откачивать из клетки натрий (на картинке — оранжевые шестиугольнички) и закачивать в неё калий (на картинке — жёлтые овальчики). Зачем именно так? По многим причинам. Например (очень грубо и приближённо), при избытке натрия в клетке она набухает, ферментативные реакции в ней замедляются, а при повышении количества калия в клетке всё бывает наоборот.

Но важнее всего не это. Насос высасывает из клетки ионов натрия (в пересчёте на ионы в штуках и/или на единицы заряда) в полтора раза больше, чем накачивает в неё ионов калия. Те и другие ионы — положительно заряженные (катионы). За счёт этого наружная сторона клеточной мембраны заряжается положительно, а внутренняя отрицательно. Клетка с таким распределением электрических зарядов может проявлять электрическую активность, а электричество — наше всё. И давайте запомним: все плюсы у клетки наружу.

Перекачка — процесс энергозатратный. На удаление из клетки трёх ионов натрия и попадание в неё двух ионов калия молекула натрий-калиевого насоса тратит одну молекулу АТФ (на картинке — голубой треугольничек с тремя тёмно-синими пульками). Затраты тут не означают полной деструкции: от АТФ отрывается один фосфат-ион (на картинке — отдельная тёмно-синяя пулька) примерно как отрывной купон от билета в кино или в музей. Потом этот отрывной купон можно приделать обратно, и это, конечно, требует энергии.

Для справки: фосфат-ион имеет заряд -3, ионы натрия и калия имеют заряды по +1 каждый.

Проверим бухгалтерию википедической статьи. В статье написано следующее:

«На первой стадии фермент присоединяет с внутренней стороны мембраны три иона Na + . Эти ионы изменяют конформацию активного центра АТФ-азы. После этого фермент способен гидролизовать одну молекулу АТФ. Выделившаяся после гидролиза энергия расходуется на изменение конформации переносчика, благодаря чему три иона Na + и ион PO4 3− (фосфат) оказываются на внешней стороне мембраны. Здесь ионы Na + отщепляются, а PO4 3− замещается на два иона К + . После этого фермент возвращается в исходную конформацию, и ионы К + оказываются на внутренней стороне мембраны. Здесь ионы К + отщепляются, и переносчик вновь готов к работе».

Давайте распишем по шагам движение зарядов, как оно описано в википедии.

• Шаг первый. К внутренней части насоса присоединяется заряд +3 (три иона натрия). Ничто никуда не перемещается.

• Шаг второй. Где-то в районе насоса распадается одна молекула АТФ (где — в статье не указано, но будем считать, что рядом с внутренней стороной — кстати, именно так нарисовано на википедической картинке). Изменения заряда нет, переноса нет.

• Шаг третий. Насос фосфорилируется, то есть к его внутренней (судя по картинке) стороне присоединяется один фосфат-ион, т.е. заряд -3. Переноса заряда нет.

• Шаг четвёртый. Три иона натрия (три плюсика) и фосфат-ион (один раз минус три) перемещаются на наружную сторону насоса. Суммарный перемещаемый заряд равен 3-3=0.

• Шаг пятый. Как утверждает википедия, фосфат-ион обменивается на два иона калия, а три иона натрия просто уходят вовне. Таким образом, к внешней стороне насоса оказывается присоединён заряд +2.

• Шаг шестой. Два иона калия переносятся внутрь. Внутри оказывается избыточный заряд +2. Вуаля.

Таким образом, если верить тексту википедии, клеточная мембрана должна быть минусами наружу, что является чудовищной неправдой, и в клетке должен очень быстро исчерпываться запас фосфат-ионов, что является ещё более чудовищной неправдой. Простой арифметический подсчёт выявляет в википедии нестыковки, очевидные любому аудитору. Да что там аудитору — любому первокласснику.

Однако если вглядеться в картинку, на ней видно: фосфат-ион остаётся внутри. Никакого обмена фосфата на два иона калия не происходит! Фосфат сперва присоединяется ко внутренней части насоса, затем отщепляется во внутреннее же пространство клетки.

Не знаю, как можно было так ошибиться, и не хочу влезать в правку википедических статей. Жаль вот только, что эту статью цитируют в самых разных источниках.

Но если вас вдруг по какой-то причине интересует биохимия или электрофизиология — перепроверьте мои расчёты и передайте их другому. Ей-богу, нет ничего сложного в том, чтобы вычесть два из трёх и не пустить в расчёты лишнюю тройку.

P.S. Подумал и решил дополнить пост правильным описанием процесса. Текст дан курсивом, отличающиеся от исходника места выделены нормальным шрифтом.

На первой стадии фермент присоединяет с внутренней стороны мембраны три иона Na + . Эти ионы изменяют конформацию активного центра АТФ-азы. После этого фермент способен присоединить одну молекулу АТФ с внутренней стороны мембраны и гидролизовать её, т.е. отщепить ион PO4 3− (фосфат), который остаётся присоединён к молекуле фермента на внутренней стороне мембраны. Выделившаяся после гидролиза энергия расходуется на изменение конформации переносчика, благодаря чему три иона Na + оказываются на внешней стороне мембраны. Здесь ионы Na + отщепляются, а вместо них на внешней стороне мембраны к ферменту присоединяются два иона К + , что вызывает отщепление от внутренней части молекулы иона PO4 3− . После этого фермент возвращается в исходную конформацию, и ионы К + оказываются на внутренней стороне мембраны. Здесь ионы К + отщепляются, и переносчик вновь готов к работе».

Натриевый насос

Активный транспорт, натриевый насос. В предыдущем разделе описаны пассивная диффузия ионов и образующийся вследствие этого мембранный потенциал при заданных внутри- и внеклеточных концентрациях ионов. Однако в результате этого процесса концентрация ионов внутри клетки стабилизируется не автоматически, поскольку мембранный потенциал несколько более электроотрицателен, чем ЕK, и намного — по сравнению с ENa (около +60 мВ). Благодаря диффузии внутриклеточные концентрации ионов, по крайней мере калия и натрия, должны уравниваться с внеклеточными.

Стабильность градиента ионов достигается посредством активного транспорта: мембранные белки переносят ионы через мембрану против электрического и (или) концентрационного градиентов, потребляя для этого метаболическую энергию. Наиболее важный процесс активного транспорта — это работа Na/K-насоса, существующего практически во всех клетках; насос выкачивает ионы натрия из клетки, одновременно накачивая ионы калия внутрь клетки. Таким образом обеспечивается низкая внутриклеточная концентрация ионов натрия и высокая-калия (табл. 1.1). Градиент концентрации ионов натрия на мембране имеет специфические функции, связанные с передачей информации в виде электрических импульсов, а также с поддержанием других активных транспортных механизмов и регулирования объема клетки (см. ниже). Поэтому неудивительно, что более 1/3 энергии, потребляемой клеткой, расходуется на Na/К-насос, а в некоторых наиболее активных клетках на его работу расходуется до 70% энергии [1, 11].

Рис 1.6. Схема Na/K-насоса АТФазы (погруженной в липидный бислой плазматической мембраны), которая за один цикл выносит из клетки три иона Na+ против градиентов потенциала и концентрации и приносит в клетку два иона К+. В ходе этого процесса одна молекула АТФ расщепляется на АДФ и фосфат. На схеме АТФаза показана как димер, состоящий из большой (функциональной) и малой субъединиц; в мембране она существует как тетрамер, образованный двумя большими и двумя малыми субъединицами

Na/K-транспортный белок представляет собой АТФазу. На внутренней поверхности мембраны она расщепляет АТФ на АДФ и фосфат (рис. 1.6). На транспортировку трех ионов натрия из клетки и одновременно двух ионов калия в клетку используется энергия одной молекулы АТФ, т. е. суммарно за один цикл из клетки удаляется один положительный заряд. Таким образом, Na/К-насос является электрогенным (создает электрический ток через мембрану), что приводит к увеличению электроотрицательности мембранного потенциала приблизительно на 10 мВ. Транспортный белок выполняет эту операцию с высокой скоростью: от 150 до 600 ионов натрия в секунду. Аминокислотная последовательность транспортного белка известна, однако еще не ясен механизм этого сложного обменного транспорта. Данный процесс описывают с использованием энергетических профилей переноса белками ионов натрия или калия (рис. 1.5,-6). По характеру изменения этих профилей, связанных с постоянными изменениями конформации транспортного белка (процесс, требующий затраты энергии), можно судить о стехиометрии обмена: два иона калия обмениваются на три иона натрия.

Читать еще:  Примеры расчета плит перекрытия

Na/К-насос, как и изолированная Na+/К-зависимая мембранная АТФаза, специфически ингиби-руется сердечным гликозидом уабаином (строфантином). Поскольку работа Na/K-насоса представляет собой многоступенчатую химическую реакцию, она, подобно всем химическим реакциям, в значительной степени зависит от температуры, что продемонстрировано на рис. 1.7. Здесь поток ионов натрия из мышечных клеток показан относительно времени; практически это эквивалентно потоку ионов натрия, опосредованному работой Na/K-насоса, потому что пассивный поток ионов натрия против градиентов концентрации и потенциала крайне мал. Если препарат охладить примерно на 18 С, то поток ионов натрия из клетки быстро уменьшится в 15 раз, а сразу после нагревания восстановится до исходного уровня. Такое уменьшение потока ионов натрия из клетки в несколько раз больше, чем то, которое бы соответствовало температурной зависимости процесса диффузии или простой химической реакции. Сходный эффект наблюдается, когда запас метаболической энергии истощается в результате отравления динитрофенолом (ДНФ) (рис. 1.7, Б). Следовательно, поток ионов натрия из клетки обеспечивается энергозависимой реакцией — активным насосом. Другой характеристикой насоса наряду со значительной температурной и энергетической зависимостью является наличие уровня насыщения (как и у всех других химических реакций); это означает, что скорость работы насоса не может возрастать бесконечно при повышении концентрации транспортируемых ионов (рис. 1.8). В отличие от этого поток пассивно диффундирующего вещества растет пропорционально разности концентраций в соответствии с законом диффузии (уравнения 1 и 2).

Рис. 1.7. А, Б Активный транспорт Na+. Ось ординат поток радиоактивного 24Na+ из клетки (имг.-мин-1). Ось абсцисс: время с начала эксперимента. А. Клетка охлаждена с 18,3c до 0,5 С; поток Na+ из клетки в этот период заторможен.
Б. Подавление потока Na+ из клетки динитрофенолом (ДНФ) в концентрации 0-2 ммоль/л (по [13] с изменениями)

Помимо Na/K-насоса плазматическая мембрана содержит по крайней мере еще один насос—кальциевый; это насос откачивает ионы кальция (Са2+) из клетки и участвует в поддержании их внутриклеточной концентрации на крайне низком уровне (табл. 1.1). Кальциевый насос присутствует с очень высокой плотностью в саркоплазматическом рети-кулуме мышечных клеток, которые накапливают ионы кальция в результате расщепления молекул АТФ.

Баланс калия и натрия в организме человека: чем он обеспечивается и что важно знать о калиево-натриевом насосе?

В организме много разных микроэлементов, но наличие двух из них, калия (К) и натрия (Na), обеспечивает самое важное – нормальную работу клетки, а именно – поставку в нее «кирпичиков» для строительства и вывоза «мусора» после строительства. Причем они работают одновременно, перемещаясь навстречу друг другу и составляя некую систему – постоянно действующую помпу – калиево-натриевый насос. Работа этого насоса происходит благодаря наличию особого белка, который расположен в мембране клетки, пронизывая всю ее толщину. Называется такой белок «натрий-калиевая АТФ-аза».

Зачем нужен такой насос? Его функция – постоянно накачивать ионы К внутрь клетки, одновременно выкачивать из нее ионы Na в межклеточное пространство.

Важно понимать, что при этом перемещение обоих ионов происходит против градиентов их концентраций. И осуществление таких неестественных функций возможно благодаря двум важнейшим свойствам внутримембранного белка:

1) он умеет «добывать» энергию, расщепляя АТФ (уникальный источник энергии в организме);
2) специализируется именно на связывании Na и K.

Значение калиево-натриевого насоса для жизни каждой клетки и организма в целом определяется тем, что непрерывное откачивание из клетки Na и нагнетание в нее K необходимо для осуществления многих жизненно важных процессов:

* осморегуляции и сохранения клеточного объема;
* поддержания разности потенциалов по обе стороны мембраны;
* поддержания электрической активности в нервных и мышечных клетках;
* активного транспорта через мембраны других веществ (сахаров, аминокислот);
* синтеза белка в клетке, обмена углеводов, осуществления фотосинтеза и других процессов по обеспечению жизни клетки.

Необходимо понимать, что работа насоса настолько важна, что примерно треть всей энергии, которую расходует клетка организма в состоянии покоя, затрачивается именно на поддержание работы калиево-натриевого насоса.

Таким образом, каждая клетка организма «дышит» вместе с взаимонаправленным движением К и Na, и если каким-либо внешним воздействием подавить это дыхание, то ионный состав внутреннего содержимого клетки начнет постепенно меняться – произойдет накопление натрия внутри клетки, и вымывание калия из клетки приведут к равновесию с ионным составом среды, окружающей клетку, после чего клетка погибает.

Именно поэтому важно рассматривать Na и К не как отдельные ионы, а в совокупности и неразрывности. Это два химических элемента-антипода, между которыми идет постоянная «борьба», и каждый из них тянет «одеяло на себя».

ВАЖНО. Na связывает воду, а K пытается вывести ее из клетки. Вот это движение «в клетку и из клетки» позволяет жидкости циркулировать из межклеточного пространства в клетку и обратно. А вместе с ней циркулируют и питательные вещества – внутрь, а из клетки – продукты жизнедеятельности клетки, создавая систему микронасосиков, которые в совокупности образуют единый насос и называются «калиево-натриевым насосом».

Но работать калиево-натриевый насос будет при условии определенного соотношения K и Na в организме.

Важно отметить, что тенденции последнего времени – избыток Na в человеческом организме, и в этом случае под угрозой находится благосостояние всего организма, в особенности сердечно-сосудистая система, работа мозга и работа мышц. Также нарушение баланса приводит к изменениям процессов белкового обмена, обмена жиров, углеводов, минералов и витаминов во всех органах и системах организма.

Так устроен наш организм, что он склонен удерживать Na (посредством ренин-ангиотезин-альдостероновой системы) и расходовать K. Именно поэтому организму проще пережить нехватку Na, чем его избыток. В случае понижения уровня Na в организме надпочечники (а точнее – кора надпочечников) начинают вырабатывать гормон альдостерон, под действием которого почки начинают снова поглощать доступный Na. И все восстанавливается.

К же постоянно выводится из организма с мочой, особенно в условиях стресса, при активных физических нагрузках и умственной работе.

Как это объяснить? Одна из теорий – у древних людей был неограниченный доступ к растительной пище, содержащей калий, и не было доступа к привычной нам поваренной соли. Именно поэтому избыток К выводится, а Na организм запасает с учетом эволюционной памяти.

В современных же условиях дела обстоят с точностью наоборот – поваренная соль (NaCl) используется в неограниченном количестве – ее мы добавляем в любое блюдо, употребляем в виде различных добавок, а количество сырых овощей и фруктов, содержащих K, в рационе современного человека значительно уменьшилось. Постоянные стрессовые ситуации только усугубляют проблему, поскольку способствуют выведению K и накоплению Na. Обладая мочегонным эффектом, K способствует выведению солевых излишков, которые не идут организму на пользу, Na же помогает накоплению продуктов метаболизма и задержке воды.

ВАЖНО. Одно из проявлений гипернатриемии в организме – повышение уровня артериального давления (АД) – относится к последствиям нарушения баланса K и Na в сторону последнего.

Читать еще:  Размер сэндвич панели для откосов

Также нужно принимать к сведению, что постоянно существующий избыток Na при недостатке K в организме коррелирует с повышением риска многих заболеваний, поскольку нарушается нормальная и сбалансированная работа любой клетки организма.

Калий: для чего нужен и как определить его дефицит?

К способствует нормальной работе органов и систем организма, поскольку помогает выведению из клеток продуктов их жизнедеятельности. При нехватке K страдает весь организм, но в первую очередь – нервная и мышечная системы. Человеку становится трудно передвигаться, начинаются перебои в работе сердечной мышцы.

Норма содержания К в крови здорового человека – 3,5–5,5 ммоль/л.

Уровень ниже 3,5 ммоль/л – это гипокалиемия. При этом состоянии наблюдаются следующие симптомы:

• повышенная утомляемость;
• сильные судороги в ногах;
• мышечная слабость;
• затруднения дыхания;
• нарушения сердечного ритма;
• запоры;
• тошнота;
• отечность лица и нижних конечностей;
• редкое мочеиспускание.

Как восстановить баланс K и Na в организме?

Лучшим способом поднять уровень калия и восстановить работу калиево-натриевого насоса в организме является употребление свежих продуктов растительного происхождения.

ВАЖНО. Чем интенсивнее нагрузки физического и умственного характера, тем больше человек должен употреблять K и меньше Na.

Основным способом поддерживать здоровое соотношение указанных элементов является питание. Источники K для организма приведены в таблице.

Суточная норма потребления K

Суточной нормой K для здорового взрослого человека считается около 2–3 граммов, а малышам нужно (в зависимости от возраста и массы тела) 16–30 мг этого вещества на каждый килограмм веса .
Естественно, что при активных умственных и физических нагрузках, беременности, а также несбалансированном рационе питания необходимость в калии существенно повышается. При этом стоит отметить, что хоть и небольшой, но все-таки недостаток K человек испытывает весной и, как правило, дефицит редко наблюдается осенью.

Суточная норма K, оптимальная для каждого конкретного человека, также зависит и от содержания в организме Na. Это связано с тем, что нормальный обмен веществ представляется возможным только в том случае, если между Na и K поддерживается соотношение 2/3 к 1.

Суточная норма Na

Для того чтобы человеческий организм нормально рос и развивался, нужно употреблять минимальную суточную норму Na каждый день. Получить суточную норму натрия 1–2 грамма можно благодаря поваренной или морской соли. Важно учитывать, что такие продукты, а также соевый соус, рассолы, квашеная капуста, мясной бульон и консервированное мясо тоже содержат наибольшее количество Na. Поэтому не нужно спешить подсаливать пищу.

Норма в крови взрослого человека – 123–140 ммоль/л.

Гипонатриемия (снижение уровня натрия менее 123 ммоль/л) случается довольно редко. Кроме того, важно помнить, что в организме человека, а именно в почках, заложен механизм сохранения натрия, поэтому дефицит может проявляться исключительно в жаркую погоду, когда натрий будет выводиться вместе с потом, при потреблении одновременно слишком большого количества жидкости, рвоте и диарее или полном исключении попадания натрия в организм.

1. Наш организм устроен таким образом, что К и Na работают во взаимодействии и образуют калиево-натриевый насос.

2. Эволюционно человек настроен на потерю K и сохранение Na.

3. Поэтому важно, чтобы в организм постоянно поступало в 2–3 раза больше K, чем Na.

Уточнен механизм работы натрий-калиевого насоса

Натрий-калиевый насос (или натрий-калиевая помпа) — наверное, один из самых изученных белков, однако он продолжает преподносить сюрпризы. Недавно группа датских исследователей предложила модель работы этого белка, в которой важную роль играют цитоплазматические протоны. Судя по всему, некоторые наследственные неврологические нарушения, например один из видов гемиплегической мигрени, вызываются мутацией именно в том участке насоса, где связывается протон.

Жизнь зарождалась в соленой морской воде, и первым клеткам — крохотным мешочкам с пресным содержимым — приходилось постоянно «выплевывать» проникающие в них ионы натрия, чтобы не «засолиться». Поэтому в мембране клеток появился специальный белок — натрий-калиевый насос. Этот трансмембранный (то есть пронизывающий мембрану насквозь) белок занимается тем, что выкачивает из клетки ионы натрия и взамен впускает ионы калия: на каждые три «выплюнутых» натриевых иона приходится два «проглоченных» калиевых и расщепляется одна молекула АТФ. Клетка научилась использовать возникающие в результате этого химические и электрические градиенты себе на благо: например, для создания потенциала покоя, симпорта и поддержания клеточного объема.

Тот факт, что в обмен на три иона натрия в клетку попадает только два иона калия, немного настораживает. Если в насосе есть три участка для связывания катионов, то куда же девается один из них, когда белок транспортирует калий? Группа ученых из Дании (датчане вообще славятся работами в биологии ионных насосов, взять хотя бы первооткрывателя натриевого насоса Йенса Кристиана Скоу) попыталась доказать, что место третьего натриевого иона во время переноса калия занимает цитоплазматический протон (то есть ион водорода), который потом, когда становится ненужным, возвращается назад в цитоплазму. Кроме того, исследователи предполагают, что обнаружили в натриевом насосе прежде неисследованный ионный ход, по которому и движется этот протон.

Всё началось с того, что при изучении альфа-субъединицы этого белка ученые обратили внимание на то, что между его C-концом и предполагаемым сайтом связывания для третьего иона натрия находится полость, выстланная полярными и заряженными аминокислотными остатками — то есть идеальная дорога для ионов. Особенно интересно, что тяжелое наследственное заболевание — гемиплегическая мигрень — вызывается мутацией в аминокислотах, находящихся совсем рядом с этой полостью.

Чтобы узнать, для чего эта полость нужна, ученые попробовали «испортить» ее (заменив некоторые из образующих ее аминокислот на другие) и посмотреть, какие проблемы возникнут у мутантного белка. Во-первых, выяснилось, что мутантный насос значительно утратил сродство к натрию. Но кроме того оказалось, что в определенных условиях (при повышенном мембранном потенциале) она «выплевывала» натрий гораздо охотнее, чем немутантный белок. Это могло означать, что мутация в данном участке насоса облегчает какой-то процесс, связанный с высвобождением натрия.

Исследователи провели еще ряд экспериментов и пришли к выводу, что этот загадочный процесс — высвобождение C-конца: он, как пробка, отходит от основной части белка, открывает ионный канал и впускает туда молекулы воды, которые протонируют находящийся в глубине остаток аспартата (D930). После этого натрий покидает насос и попадает во внеклеточное пространство. Всё это позволило ученым создать усовершенствованную модель работы натриевого насоса.

Судя по всему, он работает так. Пусть вначале в насосе «сидят» три иона натрия на своих сайтах связывания и один протон на глутаматном остатке. Ионы натрия могут выйти во внеклеточное пространство только тогда, когда C-конец белка поменяет свое положение и перестанет затыкать ионный канал и по этому каналу пойдет вода, которая протонирует остаток аспартата (где находится сайт связывания для натрия). Когда ионы натрия выходят во внеклеточное пространство, им на смену приходят ионы калия. Тот протон, который был на глутамате, переходит на аспартат, а тот, что был на аспартате, покидает белок по открытому ионному каналу. Ионы калия входят во внутриклеточное пространство по одному каналу, а протон, который был на аспартате, — по другому. На смену ионам калия приходят ионы натрия. На глутаматный остаток «садится» протон, и цикл повторяется.

Авторы полагают, что сходный механизм задействован и в работе протонного насоса, который очень похож на натриевый по своему строению.

Источник: Hanne Poulsen, Himanshu Khandelia, J. Preben Morth, Maike Bublitz, Ole G. Mouritsen, Jan Egebjerg, Poul Nissen. Neurological disease mutations compromise a C-terminal ion pathway in the Na+/K+-ATPase. // Nature. V. 467. P. 99–102. 02 September 2010. Doi:10.1038/nature09309.

Ссылка на основную публикацию