Молекулярна організація Na+/K+-АТФази

Більшість АТФаз Р-типу, які виявлені в еукаріотичних організмів — це інтегральні мембранні білки з молекулярною масою приблизно 100 кДа [39].

Na⁺/K⁺-АТФаза входить до складу зовнішніх плазматичних мембран всіх тваринних клітин у якості інтегрального білка. Він забезпечує перетворення енергії АТФ в енергію градієнтів одновалентних іонів натрію ті калію у стехіометрії 1АТФ: 3 іони натрію: 2 іони калію [7].

Дві субодиниці - б і в — складають структурну і функціональну основу Na⁺/K⁺-АТФази [31]. Первинна структура обох субодиниць, які входять до складу Na⁺/K⁺-АТФази розшифрована завдяки методам генної інженерії в поєднанні з методами білкової хімії [41].

б-субодиниця (каталітична, молекулярна маса 90−100 кДа) пронизує ліпідний матрикс мембрани, утворюючи 10 б-спіральних трансмембранних сегментів протяжністю 4 нм кожен, які складаються приблизно з 20 амінокислотних залишків. Аналіз профілю гідрофобності показує, що поліпептидний ланцюг б-субодиниці Na⁺/K⁺-АТФази містить від 6 до 10 трансмембранних фрагментів, які складаються з 17−25 амінокислот, утворюють конформацію б-спіраль [41]. При цьому Ста N-кінці спрямовані у цитоплазму, й гідрофільні петлі між 2-м і 3-м та між 4-м і 5-м трансмембранними сегментами. На останній петлі розміщений активний центр ферменту. Іонні центри також розміщені на б-субодиниці [7].

N-кінцева частина поліпептидного ланцюга являє собою гнучку неспіралізовану ділянку, збагачену залишками лізину, яка бере участь у конформаційних переходах і, можливо, регулює чутливість ферменту до катіонів. У N-кінцевій частині б-субодиниці наявні 4 трансмембранні фрагменти (М1 — М4), а С-кінцевій частині - ще шість (М4 — М10). У зв’язуванні іонів беруть участь карбоксильні групи дикарбонових амінокислот, локалізованих на 3-му та 6-му трансмембранних сегментах [25].

б-субодиниця відіграє важливу роль в процесі раннього розвитку зародків. Ін'єкція зародкам шпорцевої жаби X. leavis гібридизованої мРНК каталітичної субодиниці призводить до інгібування гаструляції, а при введенні в дорзальні бластомери — до зупинки диференціації головного відділу [44].

в-субодиниця Na⁺/K⁺-АТФази (~ 40−60 кДа) забезпечує модуляцію спорідненості ферменту до іонів K⁺ та Na⁺. Вона представлена трьома ізоформами. в-1 і в-2 знайдені в різних тканинах ссавців, коли в-3-ізоформа була виявлена в амфібій, гризунів і у людини [17]. в-субодиниця представлена глікопротеїном [7]. Згідно сучасних уявлень, вона забезпечує вихід б-поліпептиду з ендоплазматичного ретикулуму, його вмонтування і правильну орієнтацію в цитоплазматичній мембрані, а також формування активного ферменту [37]. в-субодиниця також модифікує каталітичні характеристики Na⁺/K⁺-АТФазного комплексу, відповідає зо його антигенні властивості і бере участь в нейрогліальній адгезії. Безпосередньої участі в каталізі і транспорті катіонів в-субодиниця не бере, однак вона необхідна для нормального функціонування Na⁺/K⁺-АТФази, вона відіграє певну роль в регуляції зв’язування K⁺ з ферментом, разом з б-субодиницею бере участь в конформаційних переходах, які індукують зв’язування Na⁺/K⁺— АТФази з різними лігандами [15].

N-кінцевий домен в-субодиниці Na⁺/K⁺-АТФази розташований в цитоплазмі, а С-кінцевий домен — із зовнішньої сторони мембрани. Більша частина в-субодиниці розташована на зовнішній стороні цитоплазматичної мембрани. Поліпептидний ланцюг в-субодиниці Na⁺/K⁺-АТФази пронизує мембрану один раз; трансмембранний сегмент знаходиться поблизу N-кінцевого домену [34].

У зовнішньоплазматичній частині поліпептидного ланцюга в-субодиниці Na⁺/K⁺-АТФази є від 3 до 6 залишків аспарагіну в послідовності Asp-Ser/Thr, які потенційно можуть бути глікозильовані. Розгалужені вуглеводневі ланцюги в1-субодиниці Na⁺ /K⁺-АТФази містять в основному галактозу, манозу і N-ацетилглюкозамін, причому для складу цукрів (вуглеводів) характерна тканина специфічність. Ступінь глікозилювання відбивається на гетерогенності в-субодиниці Na⁺/K⁺-АТФази, тому при електрофорезі в-субодиниця представлена набором білкових смуг з М = 50 — 60 кДа [35,36].

Експресія екзогенної мРНК в1-субодиниці (мишей, курчат, щурів) в ооцити X. leavis призводили до часозалежного збільшення оуабаїн-звязуючих сайтів як в плазматичних мембранах, так і внутрішньоклітинних мембранах. Дані, отримані з використанням біфункціональних агентів, свідчать про взаємодії трансмембранного сегменту в-субодиниці з М8-М10 сегментами б-субодиниці [11].

Третій білок, г-субодиниця, також був виявлений у очищених препаратах ферменту. г-субодиниця являє собою невеликий, гідрофобний поліпептид 8−14 кДа, який вважався забруднювачем при очищенні. Однак було показано, що він може бути ковалентно поміченим фотоафінними похідними уабаїну. Інші докази того, що г-субодиниця є складовою частиною Na⁺/K⁺-помпи в тому, що ця субодиниця локалізується з б-субодиницею у нефроні сегментів. Крім того, високий ступінь гомології між г-субодиницею в декількох видів дає змогу припустити, що ця структура може бути важливою у Na⁺/K⁺-АТФазі.

Деякі дослідження показали, що г-субодиниця не потрібна для нормального функціонування Na⁺/K⁺-АТФази. Проте, останнім часом було показано, що г-субодиниці можуть змінювати залежність активації б1/в1-ізоферменту від K⁺-струму при експресії в ооцитах X. leavis [36]. Крім того, виявлено, що г-субодиниця може стабілізувати E₁ конформацію ферменту та необхідна для кавітації в мишачих ембріонах. Цікаво, що г-субодиниця належить до родини малих мембранних білків, що беруть участь при проходженні іонів через плазматичну мембрану. Це родина білків, яка здатна індукувати активність іонних каналів при експресії в ооцитах X. leavis. Фізіологічне значення цієї діяльності і чи вимагає воно інших Na⁺/K⁺-АТФазних субодиниць невідомо. Хоча з’являється все більше доказів, що г-субодиниця може змінити Na⁺/K⁺-помпу. Точна роль субодиниці Na⁺/K⁺-АТФази очікує подальших експериментів [31].