Дополнение 1.2. Функциональная активность Na+/K+-ATOa3bi в разных типах клеток

На мембране эритроцитов выявляется не более 200—300 молекул насоса на клетку, однако у аксонов плотность молекул насоса чрезвычайно высока и может достигать 5000 на мкм². У мембраны тел нейронов плотность расположения молекул АТФазы достигает в среднем 200 на мкм², хотя на некоторых участках может быть в 10—20 раз выше. Подсчитано, что, работая с максимальной скоростью, комплекс Na⁺/K⁺-АТФазы способен транспортировать через мембрану около 200—600 катионов натрия и 130— 300 катионов К⁺ в секунду. Реальная скорость и эффективность работы насоса определяются спецификой и потребностями клетки, а также концентрацией катионов натрия в клетке.

Специфическим ингибитором активности Na⁺/K'-АТФазы являются растительные алкалоиды, выделяемые из растений наперстянки шерстистой и дигиталиса, и получившие название оуабаин и дигоксин. По своей химической структуре это стероиды. При аппликации на клетку в низких (нанои микромолярных) концентрациях они действуют снаружи на каталитическую а-субъединицу молекулы Ка⁺/К^+_АТФазы и блокируют активность насоса.

Стероидные ингибиторы Na⁺/K⁺-АТФазы являются опасными ядами, поскольку блокируют работу молекул этих насосов в клетках. Несмотря на это, они нашли широкое применение в клинике при лечении сердечной недостаточности. В связи с этим такие молекулы носят название кардиостероиды. Оубаин, дигоксин и другие кардиостероиды при взаимодействии с молекулами Na⁺/K^f-АТФазы в кардиомиоцитах усиливают силу сокращений миокарда (оказывают положительный инотропный эффект). В основе этого эффекта лежит увеличение концентрации внутриклеточного кальция в кардиомиоцитах.

Происходит следующая цепь событий. Дигоксин связывается с молекулой Na⁺/K⁺-АТФазы и блокирует ее. В результате такой блокады прекращается откачка насосом натрия из цитоплазмы клетки, что приводит к повышению его концентрации в клетке. Это, в свою очередь, модулирует работу Ыа⁺/Са²⁺-транспортера, который в нормальных условиях осуществляет сопряженную откачку катионов кальция из клетки с транспортом катионов натрия в клетку. При повышении концентрации натрия в клетке работа транспортера изменяется: он начинает откачивать избыток натрия из клетки, одновременно закачивая в клетку дополнительное количество катионов кальция. В результате возрастает внутриклеточная концентрация катионов кальция, и он в больших количествах поступает в саркоплазматический ретикулум кардиомиоцитов. Это, в свою очередь, приводит к усилению выброса катионов кальция из ретикулума при каждом потенциале действия и акте сокращения сердца. В связи с этим дигоксин — в очень низких (субнаномолярных) концентрациях — до сих пор широко применяется в медицинской практике при сердечной недостаточности для увеличения силы сердечных сокращений.

В настоящее время известно, что надпочечники млекопитающих, в том числе человека, способны вырабатывать и выбрасывать в кровь стероидные соединения, сходные по структуре с оубаином, которые регулируют активность Ыа⁺/К⁺-АТФазы. Они получили название дигиталис-подобные факторы. Оказалось, что сыворотка крови здорового человека содержит подобные дигиталису соединения и обладает выраженной способностью ингибировать Ыа⁺/К⁺-АТФазу. Ингибирующий эффект сыворотки повышен у гипертоников и пациентов с нарушениями водно-солевого баланса. В последнее время становится очевидным, что у здоровых людей эти соединения, выбрасываясь в кровь в очень низких концентрациях и тонко регулируя работу насосов, играют важную роль в регуляции Са²⁺— гомеостаза, водного и солевого обмена клеток. Наряду с дигиталис-подобными факторами в настоящее время обнаружены пептидные ингибиторы Na⁺/K⁺-АТФазы, биологические эффекты которых направлены на регуляцию активности этого насоса в сердце, почках и других тканях. Наличие в организме человека и животных множественных путей регуляции работы насоса подтверждает важность Na⁺/К‘ -АТФазы для метаболизма клеток.

При оценке физиологической роли NayK*-АТФазы у возбудимых клеток важно иметь в виду, что от 25 до 40% энергии, утилизируемой мозгом, идет на поддержание работы №⁺/К⁺-насосов в мембранах нейронов. Другие энергетические затраты нейронов и прочих клеток — на экзоцитоз везикул и обмен нейротрансмиттеров, осмотическую работу, белковый и липидный синтезы — относительно невелики и составляют порядка 10% от общей утилизации АТФ. Жесткая энергозависимость делает молекулу Na⁺/K⁺-АТФазы одним из главных факторов риска при дефиците кислорода в организме (во всех случаях гипоксии и нарушениях энергообмена клеток). Отсюда ясно, что NaVK'-АТФаза — это чрезвычайно важный, обязательный фермент клеточных мембран высших эукариот, ответственный за поддержание трансмембранных ионных градиентов. Именно этот насос создает адекватные условия для протекания важнейших клеточных процессов — таких как стабилизация потенциала покоя, реализация электрической активности возбудимых клеток, осуществление вторично-активного транспорта солей и воды, регуляция pH цитоплазмы возбудимых и невозбудимых клеток и многих других процессов.