ナトリウムポンプの酵素モデルの電気的および生化学的特性

Na+、K+-ATPaseの広く受け入れられている6段階の反応スキームの電気化学的特性は、コンピューターシミュレーションによって研究されています。生理学的観察と一致する電流係数（I-V）の関係は、2つの転座依存性（ただし、両方ではない）で生理学的観察と一致する電流（I-V）の関係に適合するために、2つの転座ステップの1つに制限された電圧依存性で得られました。これらの選択に起因するベクトル特性は、細胞内および細胞外ナトリウム（Na+）およびカリウム（K+）イオンによる電気ナトリウムポンプの生理学的活性化と一致していました。このモデルは、K+/K+交換を示しましたが、アデノシン三リン酸（ATP）の分割から利用可能なエネルギーが減少し、イカの巨大軸索で見られる挙動を模倣しない限り、Na+/Na+交換はほとんどありませんでした。ベクトルイオン活性化曲線は電圧依存性であり、脱分極を伴う見かけのKMの大きなシフトをもたらしました。電位では、ATP分裂の自由エネルギーが減少しない限り、平衡または反転潜在輸送よりもマイナスが大幅に減少しました。ポンプの反転電位は、ほとんどの細胞の安静時電位と比較して少なくとも100 mVの過分極ですが、酵素の中間型の電圧依存性分布は、膜電位の生理学的範囲におけるポンプI-V関係のかなりの勾配コンダクタンスの可能性を可能にします。。電気生成ナトリウムポンプのベクトル特性のいくつかは、分離酵素の非ベクトル特性の避けられない結果であるように見えます。このアプローチの将来の適用により、ナトリウムポンプのメカニズムと化学量論に関する解釈的アイデアの厳密な定量的テストが可能になるはずです。

The electrochemical properties of a widely accepted six-step reaction scheme for the Na+, K+-ATPase have been studied by computer simulation. Rate coefficients were chosen to fit the nonvectorial biochemical data for the isolated enzyme and a current-voltage (I-V) relation consistent with physiological observations was obtained with voltage dependence restricted to one (but not both) of the two translocational steps. The vectorial properties resulting from these choices were consistent with physiological activation of the electrogenic sodium pump by intracellular and extracellular sodium (Na+) and potassium (K+) ions. The model exhibited K+/K+ exchange but little Na+/Na+ exchange unless the energy available from the splitting of adenosine triphosphate (ATP) was reduced, mimicking the behavior seen in squid giant axon. The vectorial ionic activation curves were voltage dependent, resulting in large shifts in apparent Km's with depolarization. At potentials more negative than the equilibrium or reversal potential transport was greatly diminished unless the free energy of ATP splitting was reduced. While the pump reversal potential is at least 100 mV hyperpolarized relative to the resting potential of most cells, the voltage-dependent distribution of intermediate forms of the enzyme allows the possibility of considerable slope conductance of the pump I-V relation in the physiological range of membrane potentials. Some of the vectorial properties of an electrogenic sodium pump appear to be inescapable consequences of the nonvectorial properties of the isolated enzyme. Future application of this approach should allow rigorous quantitative testing of interpretative ideas concerning the mechanism and stoichiometry of the sodium pump.