Сергей Алхутов (alchutoff) wrote,
Сергей Алхутов
alchutoff

Нобелевка и арифметические ошибки: натрий-калиевый насос


Бывает, читаешь интернеты и думаешь - то ли ты дебил, то ли всем вокруг плевать. Потому что видишь во всех имеющихся по какой-нибудь теме текстах в сети чудовищный ляп и понимаешь, что людям, которые его допустили, лень было думать, а тем, кто этот ляп репостит, и подавно лень.

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.

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 PO43− (фосфат) оказываются на внешней стороне мембраны. Здесь ионы Na+ отщепляются, а PO43− 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 PO43− (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 PO43−. 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".
Tags: накопал в окружающем или внутреннем мире
Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your reply will be screened

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 2 comments