Натрий-калиевый насос. Биологическая роль. Натриево-калиевый насос или помпа Калий натриевый насос его значение

Лекция № 14

Термин «биологические насосы» закрепился в литературе с XIX в. Он появился еще до возникновения взгляда на биомембрану как важнейший функциональный компонент клетки. Вначале под биологическими насосами понимали какие-то неизвестные механизмы, которые обеспечивают массоперенос в организме вопреки элементарным законам физики и химии.

В середине XIX в. после блистательных успехов физико-химического изучения жизнедеятельности появились факты, свидетельствующие о том, что всасывание веществ в пищеварительном тракте, мочеобразование и лимфоотделение только отчасти сводятся к процессам фильтрации и диффузии.

Позднее ученые разобрались во многих недоразумениях примитивного приложения законов физики и химии к объяснению явлений жизни. Однако термин «биологические насосы» продолжает жить в биологии. В последние годы с ними зачастую отождествляют ионные насосы − системы активного транспорта Na + , К + , Са 2+ , Н + (натрий-калиевую, кальциевую, протонную помпы).

Активный транспорт. Активным транспортом называют трансмембранный перенос веществ в направлении, противоположном транспорту, который должен был бы происходить под действием физико-химических градиентов (прежде всего концентрационного и электрического). Он направлен в сторону более высокого электрохимического потенциала и необходим как для накопления в клетках (или определенных органоидах) веществ, в которых они нуждаются, даже из среды с их низкой концентрацией, так и для выведения из клеток (органоидов) тех агентов, содержание которых там должно поддерживаться на низком уровне, даже при повышении его в окружающей среде.

Свойства систем активного транспорта. Из определения активного транспорта следует, что его важнейшим свойством является перенос веществ вопреки действию физико-химических градиентов (вопреки электродиффузионному уравнению Нернста−Планка), т. е. в сторону более высокого электрохимического потенциала благодаря термодинамическому сопряжению концентрационного и электрического градиентов с расходованием свободной энергии организма. Поэтому система уравнений переноса выглядит так:

Химический потенциал (μ х) количественно характеризует вклад ферментативных реакций в свободную энергию биомембраны, необходимую для преодоления сопряженного действия концентрационного и электрического градиентов. Если изменения свободной энергии клетки, обеспечивающие активный транспорт через мембрану, обусловлены макроэргами (АТФ), то в этих уравнениях: v − число молей АТФ, затраченных на массоперенос, а μ х равен приросту свободной энергии клетки при гидролизе 1 моля АТФ (в стандартных условиях это составляет 31,4 кДж · моль -1).

Сказанное позволяет сформулировать второе характерное свойство систем активного транспорта − необходимость энергетического обеспечения за счет свободной энергии, выделяющейся либо непосредственно в ходе окислительно-восстановительных реакций (речь идет о так называемой редокс-помпе), либо при гидролизе макроэргов, синтезированных впрок при тех же реакциях. Необходимо подчеркнуть, что свободная энергия, обеспечивающая активный транспорт, черпается биомембранами в ходе химических процессов, связанных непосредственно с переносом веществ через них, т. е. из химических реакций, в которых участвуют сами мембранные компоненты систем активного транспорта. В этом состоит коренное отличие активного транспорта от других способов транспорта веществ через БМ, также нуждающихся в затратах свободной энергии.

Свободная энергия (∆G ), затрачиваемая на трансмембранный перенос одного моля вещества в направлении более высокого электрохимического потенциала,

рассчитывается по формуле:

У человека в покое примерно 30-40% всей энергии, образующейся в ходе метаболических процессов, расходуется на активный транспорт. В некоторых случаях на его обеспечение может затрачиваться почти вся свободная энергия, вырабатываемая клеткой. Ткани, в которых активный транспорт особенно интенсивен, потребляют много кислорода даже в покое. Например, масса мозга человека составляет только 1 / 50 массы тела, но в условиях мышечного покоя ткани мозга поглощают около 1 / 5 всего кислорода, усвоенного организмом. Общая мощность всех ионных насосов человеческого мозга − примерно 1 Вт. Почки при угнетении в них активного транспорта ионов снижают свою потребность в кислороде на 70−80%.

Третье свойство систем активного транспорта заключается в их специфичности: каждая из них обеспечивает перенос через БМ только данного вещества (или группы их) и не переносит другие. Правда, активный транспорт ионов натрия бывает сопряжен с пассивным переносом в том же направлении других веществ (например, глюкозы, некоторых аминокислот и т. д.). Это явление называют симпортом. Некоторые системы активного транспорта переносят одно вещество в данном направлении, а другое − в противоположном. Так, калий-натриевая помпа закачивает калий из межклеточной среды в цитоплазму и откачивает натрий из клетки. Такой вид транспорта называют антипортом.

Когда эти ионы начинают перемещаться через БМ в направлении более низкого электрохимического потенциала, то натрий-калиевая помпа становится генератором АТФ. Это явление получило название эффекта обращения систем активного транспорта: на перекачивание ионов в сторону более высокого электрохимического потенциала насосы затрачивают свободную энергию, гидролизуя АТФ, тогда как при движении ионов в противоположном направлении они преобразуют энергию градиентов в энергию макроэргической связи АТФ, синтезируя его из АДФ. Специфичность систем активного транспорта служит одним из самых действенных механизмов селективной проницаемости клеточных мембран и придания им векторных свойств.

Компоненты систем активного транспорта. В составе любой системы активного транспорта веществ через БМ можно выделить три основных компонента: источник свободной энергии, переносчик данного вещества, сопрягающий (регуляторный) фактор. Последний сопрягает работу переносчика с источником энергии. Все компоненты систем активного транспорта образуют сложный молекулярный комплекс в клеточной мембране.

В большинстве известных систем активного транспорта непосредственным источником свободной энергии служит АТФ. За счет присоединения его концевой фосфатной группы, предварительно оторванной при гидролизе, к мембранному переносчику последний фосфорилируется и приобретает дополнительную энергию, достаточную для преодоления физико-химических градиентов, препятствующих движению переносимого вещества. Следовательно, фосфорилированный комплекс переносчика с транспортируемым веществом способен преодолеть потенциальный барьер, неприступный для него до фосфорилирования. Отдавая перенесенное вещество на противоположной стороне БМ, молекулы переносчика дефосфорилируются и теряют энергию.

Реже свободная энергия черпается системами активного транспорта непосредственно из окислительно-восстановительных реакций, т. е. из цепи переноса электронов. Систему активного транспорта с таким источником энергии называют редокс-помпой. Примером может служить перенос Н + -ионов через внутреннюю мембрану митохондрии, обеспечивающий создание протондвижущей силы, при клеточном дыхании.

О переносчиках, обеспечивающих активный транспорт, известно пока немногое. По-видимому, в разных системах активного транспорта работа переносчиков осуществляется посредством различных механизмов. Во-первых, переносчиками могут быть сравнительно мелкие белковые молекулы, присутствующие в БМ. В этом случае молекула переносчика, приняв транспортируемое вещество, проходит всю толщу биомембраны, работая по типу малой или большой карусели. Во-вторых, переносчиками могут служить крупные молекулы мембранных белков, насквозь пронизывающие фосфолипидный бислой. Им, вероятно, свойственны такие механизмы, как ротация или сдвиг.

Третий компонент системы активного транспорта обеспечивает сопряжение работы переносчика с источником энергии. Такое сопряжение может заключаться в переносе фосфатной группы с АТФ на переносчик. Чтобы фосфорилировать переносчик, нужно прежде гидролизовать АТФ. Гидролиз АТФ достаточно эффективен только в присутствии специальных ферментов, называемых АТФазами. Они-то и служат фактором, сопрягающим работу переносчика с источником энергии в основных системах активного транспорта (натрий-калиевой и кальциевой помпах). Название этой ферментной системы употреблено во множественном числе не случайно. Для активного транспорта каждого вещества в тех случаях, когда источником энергии является АТФ, обнаружена специфическая АТФаза. Каждая из транспортных АТФаз активируется именно тем веществом, чей активный транспорт она обеспечивает. Например, Са-активируемая АТФаза переходит в активное состояние только тогда, когда концентрация Са 2+ в примембранном пространстве достигает определенного уровня, при котором необходим активный транспорт этого иона.

Все транспортные АТФазы связаны с клеточными мембранами и проявляют высокую специфичность, катализируя реакции, течение которых строго зависит от направления подхода к БМ транспортируемых веществ. Так, Na-K-активируемая АТФаза приобретает активность при взаимодействии с нею натрия внутри клетки, а калия − снаружи. Она не активируется при самых значительных концентрациях натрия в межклеточной среде и калия − в цитозоле.

Зависимость потока (Ф ) переносимого вещества через клеточную мембрану от его концентраций по обе ее стороны (Сi и С е) при участии транспортной АТФазы описывается уравнением.

Хлорид натрия совершенно необходим организму. Согласно исследованиям академика Покровского оптимальная доза поваренной соли 10-15 грамм в сутки. Значение поваренной соли рассмотрим на клеточном уровне. Стенки клеток является полупроницаемой мембраной, разделяющей растворы разных концентраций: содержимое клетки и межклеточное вещество. Мембраны - это сложные биологические структуры, состоящие из белков и жироподобных веществ. Они пропускают в клетку питательные вещества и выводят наружу отходы жизнедеятельности.

Мембраны находятся в постоянном движении, пульсируя и обновляясь. Процесс обмена между клеткой и межклеточным веществом основан на явлении осмоса. Мембрана выравнивает концентрацию веществ по обе стороны. А так как частицы растворенного вещества могут являться ионами, то они несут на себе еще и электрические заряды. В связи с этим диффузия через мембрану зависит не только от разности концентраций, но и от разницы потенциалов. Ионы хлора Cl-- легче проходят в менее концентрированный раствор, и их присутствие создает отрицательный заряд. Ионы натрия диффундируют слабее, т.к. имеют толстую гидратную оболочку и они создают в местах скопления положительный заряд. Так возникает разность потенциалов.

Вот зачем мы солим пищу, чтобы снабдить организм положительными и отрицательными ионами. Ионы хлора необходимы для образования соляной кислоты, которая входит в состав желудочного сока и участвует в процессе пищеварения. Однако, эти процессы сложнее и содержат в себе загадки, разгадать которые непросто.

В живых организмах значительно содержание ионов калия K + на элемент калий приходится в организме человека 140 грамм, а на долю натрия 100г. ионы калия K + и натрия Na + занимают свои места внутри организма. Внутри клеток ионов калия значительно больше (например в эритроцитах крови калия больше натрия в 15 раз, а в плазме крови их в 20 раз меньше) поэтому кровь соленая. Ионы натрия, имея толстую гидратную оболочку, труднее проходят через клеточную мембрану. Различное содержание K + и Na + в клетке и в межклеточном пространстве и создает разность потенциалов, способствует передвижению заряженных частиц через клеточные мембраны. Возникает так называемый калий - натриевый насос, который способствует переносу ионов. Энергию для этого процесса дает аденозинтрифосфорная кислота (сокращенно АТФ). Процесс перехода различных веществ через клеточные мембраны очень быстрый и процесс осмоса разность потенциалов не могут обеспечить такой скорости.

Обнаружено, что существуют вещества, способные переправлять ионы через клеточные мембраны. Первое такое вещество было открыто в 1955 году немецкими исследователями Брокманном и Шмидт-Кастнером, а 1964 году американский ученый Прессман установил, что это вещество обладает способностью образовывать комплексы с ионами щелочных металлов и увеличивает их способность к переходу через мембраны. Переносчики щелочных металлов получили название ионофоров. Первых ионофор, о чем писалось выше, был валиномицин. Далее были получены другие ионофоры. Они имеют белковую структуру. Имеют высокую биологическую структуру. Благодаря им, процесс прохождения через клеточную мембрану ионов и молекул протекает очень быстро.

За исследовательскую работу в области ионного транспорта через мембраны наши ученые Ю. А.Овчинников и В. Т. Иванов в 1978 году были удостоены Ленинской премии. Также эти вещества применяются в качестве лекарственных средств. Например. Валиномицин, грамицидин, антаманид.

Натрий калиевый насос лежит в основе передачи нервного импульса. Передача нервного раздражения происходит благодаря нервным клеткам - нейронам. Длинный отросток нервной клетки называется аксоном и служит проводником сигналов для органа, с которым он соединяется. Аксон напоминает трубу, в которой находится жидкость, и сам он погружен в жидкость. Обе эти жидкости содержат в себе растворенные соли и поэтому хорошо проводят электрический ток.

В жидкости, омывающей аксон, содержатся ионы Na + и Cl--. В жидкости внутри аксона - катионы K + и анионы органического происхождения. Эта конструкция проводника уступает металлическому, но для живых организмов он вполне достаточен. Нервная клетка находится в состоянии покоя, внутри её наблюдается отрицательный заряд - потенциал покоя. Как только нервная клетка получает сигнал возбуждения, резко возрастает проводимость мембраны для калия и натрия. Потенциал клетки падает до 0, а затем возрастает до положительной величины +50мВ. Перемена потенциала связана с тем, что ионы натрия проникают в клетку, а ионы калия выходят наружу. Изменение их концентраций и вызывает изменение потенциала. В этом заключен смысл передачи нервного импульса. Эти импульсы управляют нашими действиями.

Большое значение Na + и K + имеют в деятельности мозга. Наша память бывает двух видов: долговременная и кратковременная. Согласно существующей в настоящее время гипотезе механизм кратковременной памяти имеет ионную природу. Ионные связи непрочны, могут быстро разрушаться - поэтому-то и память коротка. В этих связях главное место отводится соединениям калия и натрия.

Длительная память связывается с образованием более прочных структур.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«Тюменская государственная медицинская академия»

Лечебный факультет

Реферат на тему:

«Натрий-калиевый насос. Биологическая роль»

Тюмень 2012

Натрий - калиевый насос - это особый белок, пронизывающий всю толщу мембраны, который постоянно накачивает ионы калия внутрь клетки, одновременно выкачивая из нее ионы натрия; при этом перемещение обоих ионов происходит против градиентов их концентраций. Выполнение этих функций возможно благодаря двум важнейшим свойствам этого белка. Во-первых, форма молекулы переносчика может меняться.

Эти изменения происходят в результате присоединения к молекуле переносчика фосфатной группы за счет энергии, выделяющейся при гидролизе АТФ (т. е. разложения АТФ до АДФ и остатка фосфорной кислоты). Во-вторых, сам этот белок действует как АТФ-аза (т. е. фермент, гидролизующий АТФ). Поскольку этот белок осуществляет транспорт натрия и калия и, кроме того, обладает АТФ-азной активностью, он так и называется -- «натрий-калиевая АТФ-аза».

Рис.1 Натрий-калиевый насос.

Упрощенно действие натрий-калиевого насоса можно представить следующим образом.

1. С внутренней стороны мембраны к молекуле белка-переносчика поступают АТФ и ионы натрия, а с наружной -- ионы калия.

2. Молекула переносчика осуществляет гидролиз одной молекулы АТФ.

3. При участии трех ионов натрия за счет энергии АТФ к переносчику присоединяется остаток фосфорной кислоты (фосфорилирование переносчика); сами эти три иона натрия также присоединяются к переносчику.

4. В результате присоединения остатка фосфорной кислоты происходит такое изменение формы молекулы переносчика (конформация), что ионы натрия оказываются по другую сторону мембраны, уже вне клетки.

5. Три иона натрия выделяются во внешнюю среду, а вместо них с фосфорилированным переносчиком соединяются два иона калия.

6. Присоединение двух ионов калия вызывает дефосфорилирование переносчика -- отдачу им остатка фосфорной кислоты.

7. Дефосфорилирование, в свою очередь, вызывает такую конформацию переносчика, что ионы калия оказываются по другую сторону мембраны, внутри клетки.

8. Ионы калия высвобождаются внутри клетки, и весь процесс повторяется.

Значение натрий-калиевого насоса для жизни каждой клетки и организма в целом определяется тем, что непрерывное откачивание из клетки натрия и нагнетание в нее калия 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, для активного транспорта через мембраны других веществ (сахаров, аминокислот). Большие количества калия требуются также для белкового синтеза, гликолиза, фотосинтеза и других процессов. Примерно треть всей АТФ, расходуемой животной клеткой в состоянии покоя, затрачивается именно на поддержание работы натрий-калиевого насоса. Если каким-либо внешним воздействием подавить дыхание клетки, т. е. прекратить поступление кислорода и выработку АТФ, то ионный состав внутреннего содержимого клетки начнет постепенно меняться. В конце концов, он придет в равновесие с ионным составом среды, окружающей клетку; в этом случае наступает смерть.

Биологическая роль

биологический калиевый кровь натрий

НАТРИЙ - основной ион внеклеточной жидкости, в ней содержится 96 % от общего количества натрия в организме (90-100 г). Нормальная концентрация Na в плазме крови - 135-145 ммоль/л; она поддерживается с высокой точностью, поскольку определяет осмолярность плазмы и водный обмен. Уровень Na* в крови регулируется гормонами: АДГ и НУФ способствуют его снижению, альдостерон - увеличению. Обычное потребление человеком NaCl составляет 8-15 г/сут, хотя реальная потребность организма в натрии несколько меньше. Избыток Na" и 01 выводится через почки и потовые железы; потеря натрия через кишечник может наблюдаться при диареях.

Важнейшие биологические функции натрия :

1. Главная роль в поддержании осмолярности плазмы крови и внеклеточной жидкости в целом.

2. Участие (совместно с калием) в возникновении электрохимического потенциала на плазматических мембранах клеток, обеспечение их возбудимости и мембранного транспорта.

3. Стабилизация молекул белков и ферментов, обеспечение протекания ряда ферментативных реакций.

КАЛИЙ - основной внутриклеточный катион; во внеклеточном пространстве его в 20-40 раз меньше. Значительное количество калия находится в мышечной ткани; содержание КГ в плазме крови - 3,5-5,0 ммоль/л. Калием богаты мясо, фрукты и овощи; суточная потребность в нем - 2-4 г.

Снижению уровня К+ в плазме способствуют гормоны: инсулин вызывает его переход в клетки вместе с глюкозой, альдостерон усиливает выведение калия через почки. Концентрация К+ в крови может повыситься при гибели клеток, "утечке" иона через поврежденные биомембраны или вследствие нарушения работы натрий-калиевого насоса (клеточный энергодефицит).

Основные биологические функции калия:

1. Обеспечение биоэлектрической активности клеток (формирование потенциала покоя, обеспечение нервно-мышечной возбудимости и проводимости).

2. Поддержание осмолярности внутриклеточного содержимого.

3. Участие в ряде ферментативных реакций, в том числе в синтезе белка.

4.Изменения уровня калия в крови приводят к выраженным биологическим реакциям: уменьшение (гипокалиемия) - к мышечной слабости и возбудимости миокарда (аритмии, экстрасистолы), возраста- (гиперкалиемия) - к спазмам мышц и снижению возбудимости, в тяжелых случаях - остановка сердца).

Используемая литература

1. http://meduniver.com/Medical/Biology/131.html

2. http://biohi.mybb.ru/viewtopic.php?id=67

3. Т.Л. Богданова "Пособие для поступающих в вузы"

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Протекание биохимических процессов, их причинно-следственный механизм. Натриево-калиевый насос, энергия гидролиза АТФ, кальциевые насосы, натрий-кальциевый обменник. Функции мембраны, электрический потенциал клетки и молекул, их роль в обменных процессах.

реферат , добавлен 24.10.2009


Поддержание осмотического давления в жидкостях организма и водного баланса. Влияние натрия на обмен белков и участие в процессе гидратации. Натрий в продуктах питания. Симптомы недостатка натрия и калия. Растительные продукты, содержащие калий.

презентация , добавлен 09.11.2014


Классификация ферментов, их функции. Соглашения о наименовании ферментов, структура и механизм их действия. Описание кинетики односубстратных ферментативных реакций. Модели "ключ-замок", индуцированного соответствия. Модификации, кофакторы ферментов.

презентация , добавлен 17.10.2012


Понятие равновесного мембранного потенциала. Механизмы прохождения ионов через поверхностную мембрану клетки. Принцип работы натрий-калиевого насоса. Характерные черты потенциалзависимых и рецепторуправляемых ионных каналов. Способы их активации.

реферат , добавлен 19.08.2015


Химический состав, природа и структура белков. Механизм действия ферментов, виды их активирования и ингибирования. Современная классификация и номенклатура ферментов и витаминов. Механизм биологического окисления, главная цепь дыхательных ферментов.

шпаргалка , добавлен 20.06.2013


Биологическая роль ионов натрия и калия в процессе сокращения мышц и в поддержании водного баланса организма. Влияние температуры, активаторов и ингибиторов на активность ферментов. Фаза суперкомпенсации веществ, основные причины ее возникновения.

контрольная работа , добавлен 25.11.2014


Кальциевые потенциалы действия. Описание процессов активации и инактивации каналов. Вклад открытых калиевых каналов в реполяризацию. Результаты экспериментов на аксоне кальмара с фиксацией потенциала. Роль кальция и натрия в возбуждении мембраны клетки.

контрольная работа , добавлен 26.10.2009


Общая характеристика и основные типы ферментов. Химические свойства ферментов и катализируемых ими реакций. Селективность и эффективность ферментов. Зависимость от температуры и от среды раствора. Активный центр фермента. Скорость ферментативных реакций.

презентация , добавлен 06.10.2014


Условия сохранения постоянной температуры тела. Ее рефлекторные механизмы и способы терморегуляции. Пот как водянистая жидкость, содержащая хлористый натрий, лактат натрия и мочевину. Роль теплоизоляции между внутренней областью тела и окружающей средой.

презентация , добавлен 31.01.2015


Кинетические исследования ферментативных реакций для определения ферментов и сравнения их скоростей. Образование из фермента и субстрата фермент-субстратного комплекса за счет сил физической природы. Факультативные организмы, автотрофы и гетеротрофы.

Активный транспорт - это перенос вещества из мест с меньшим значением электрохимического потенциала в места с его большим значением. Активный транспорт в мембране сопровождается ростом энергии Гиббса, он не может идти самопроизвольно, а только в сопровождении с процессом гидролиза АТФ, т.е за счет затраты энергии, запасенной в макроэргических связях АТФ. Активный транспорт веществ через биологические мембраны имеет огромное значение. За счет активного транспорта в организме создаются градиенты концентраций, градиенты электрических потенциалов, градиенты давления и т.д., поддерживающие жизненный процессы.

Мембранный насос-- объёмный насос, рабочий орган которого-- гибкая пластина (диафрагма, мембрана), закреплённая по краям; пластина изгибается под действием рычажного механизма (механический привод) или в результате изменения давления воздуха (пневматический привод) или жидкости (гидравлический привод), выполняя функцию, эквивалентную функции поршня в поршневом насосе.

Среди примеров активного транспорта против градиента концентрации лучше всего изучен натрий-калиевый насос. Во время его работы происходит перенос трех положительных ионов Na+ из клетки на каждые два положительных иона К в клетку. Эта работа сопровождается накоплением на мембране разности электрических потенциалов. При этом расщепляется АТФ, давая энергию. В течение многих лет молекулярная основа натрий-калиевого насоса оставалась неясной. В настоящее время установлено, что Na/K-транспортный белок представляет собой АТФазу. На внутренней поверхности мембраны она расщепляет АТФ на АДФ и фосфат. 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.

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. Кальциевый насос присутствует с очень высокой плотностью в саркоплазматическом ретикулуме мышечных клеток, которые накапливают ионы кальция в результате расщепления молекул АТФ

Натриевый насос - это механизм, который выводит из клетки ионы натрия , входящие в клетку пассивно в направлении концентрационного и электрического градиентов. Существование натриевого насоса доказывается с помощью радиоактивных изотопов ионов натрия . При быстром охлаждении нервных клеток до 0,5 градуса С выход ионов натрия снижается в 10 раз, при возвращении температуры к исходному уровню, выход ионов натрия также возрастает до нормы. Такая температурная зависимость показывает, что выход ионов не может осуществляться за счет диффузии, так как скорость диффузии слабо уменьшается при охлаждении.

Динитрофенол (вещество, блокирующее в клетке метаболические процессы снабжения энергией) также снижает выход инов натрия, что доказывает, что они выводятся из клетки посредством активного транспорта. Активный транспорт ионов натрия из клетки имеет компонент, сопряженный со входом ионов калия в клетку, что позволяет экономить энергию. У внутренней стороны мембраны ион натрия образует с переносчиком Y молекулу NaY, которая диффундирует через мембрану и спонтанно распадается у ее наружной стороны. Молекула Y превращается в молекулу X, которая связывается с ионами калия K+ в наружном растворе. Возникающее в результате этого соединение КX диффундирует через мембрану, распадаясь у ее внутренней стороны на К+ и X. Внутри клетки молекула X преобразуется в молекулу Y с использованием энергии распада АТФ. Сопряженность Х и К+ экономит половину энергии, которая потребовалась бы для несопряженного транспорта ионов натрия Na+. Существование сопряженного Na+ - К+ насоса доказывается путем удаления К+ из наружного раствора. Тогда не может образоваться комплекс КX у наружной стороны мембраны и выход Na+ уменьшается до 30% нормального уровня. Натриевый насос может быть электронейтральным и электрогенным. Обычно комплекс NaY электронейтральный, поэтому в процессе транспорта отсутствует поток электрических зарядов через мембрану, такой электронейтральный натриевый насос не влияет на мембранный потенциал. Кроме того, существуют