АТФ-насосы

Все АТФ-насосы являются трансмембранными белками с одним или несколькими центрами связывания АТФ, расположенными с цитозо­льной стороны мембраны. Хотя эти белки обычно называют АТФазами, однако они обычно не катализируют реакцию гидролиза АТФ на АДФ и неорганический фосфор Р₍ до тех пор, пока ионы или другие транспор­тируемые молекулы не свяжутся с белком, при этом одновременно с гидролизом АТФ происходит и транспорт молекул (или ионов) через мембрану.

Четыре различных типа АТФ-насосов изображены схематически на рисунках 62 и 63.

Рисунок 62 - Схема АТФ-насосов: а - P-класса. б - АВС-семейства

1. P-класс. К АТФ насосам P-класса относятся: протонные помпы плазматических мембран клеток растений, грибков и бактерий; Na⁺/K⁺- насосы плазматических мембран эукариот; Н⁺/К⁺-насосы верхних (апикальных) мембран клеток кишечника млекопитающих; Са²⁺-насосы плазматических мембран эукариот; Са²⁺-насосы мембран саркоплазма­тического ретикулума мышечных клеток.

Обязательным компонентом насосов P-класса является каталити­ческая а-субъединица, фосфорилирование которой стимулирует перенос метаболитов через мембрану. Символ "Р" в названии класса использован, поскольку активация насосов P-класса осуществляется именно присоеди-

нением фосфора - фосфорилированием. P-Субъединица, которая входит в состав некоторых насосов P-класса, регулирует транспортную активность насоса.

Рисунок 63 - Схема АТФ-насосов: а - V-класса. б - F-класса

2. АВС. АТФ -насосы ABC-семейства (рисунок 62(6)) расположе­ны, например, на плазматических мембранах бактерий (переносят аминокислоты, сахара и пептиды) и млекопитающих (транспортёры фосфолипидов, холестерола, различных малых, в том числе липофиль­ных, молекул). Название класса является аббревиатурой словосочетания A TP-Binding Cassette.

Все белки большого семейства ABC-транспортёров состоят из двух трансмембранных доменов (Т) и двух цитозольных АТФ-связываюгцих доменов (А), которые сопрягают гидролиз АТФ с переносом метаболитов через мембрану. В одних АВ С-транспортёрах (преимущественно в бактериях) эти четыре домена являются независимыми субъединицами, в других - они объединены в единую полипептидную цепь. В отличие от остальных (Р-, F- и V-) классов насосов, которые переносят через мембра­ну только ионы, ABC-транспортёры переносят, главным образом, малые молекулы и даже небольшие белки.

3. V-класс. АТФ-насосы V-класса (рисунок 63(a)) расположены на вакуолярных мембранах растений, дрожжей и грибков; на эндосомальных и лизосомальных мембранах клеток животных; на плазматических мембранах остеокластов (костных клеток) и некоторых клеток почечных канальцев.

4. F-класс. АТФ-насосы F-класса (рисунок 63(6)) расположены на плазматической мембране бактерий, на внутренней мембране мито­хондрий и на тилакоидной мембране хлоропластов.

Насосы F- и V-классов переносят через мембрану только протоны (протонные помпы). Структурно эти два класса насосов подобны. Насосы V-класса используют энергию гидролиза АТФ для переноса протонов через мембрану, а насосы F-класса, наоборот, обычно используют энергию трансмембранного тока протонов для синтеза АТФ.

Именно ионные насосы обеспечивают физиологическое значение концентрации ионов в цитозоле клетки. Так, для среднестатистической клетки pH цитозоля равен 7,2 независимо от кислотности вне клетки; концентрация ионов К⁺ в 20-30 раз выше в цитозоле клеток крови, чем собственно в крови, a Na⁺, наоборот, в 8-12 раз ниже, чем в крови. Концентрация ионов Са²⁺ в тысячи раз ниже в этих клетках, чем в крови. Ионные насосы формируют такой градиент концентраций ионов на мембранах, расходуя на это значительное количество синтезируемых в клетках молекул АТФ. Так, например, для поддержания физиологических значений концентраций ионов около 25% АТФ, синтезированных в нейронах, расходуется ионными Na/Кііасосами, а в эритроцитах человека эти же насосы расходуют до 50% АТФ.

7.2.