Водородно-калиевая аденозинтрифосфатаза

Статья посвящена Н⁺/К⁺-АТФазе слизистой оболочки желудка.

Водоро́дно-ка́лиевая аденозинтрифосфата́за (другие названия: Н⁺/К⁺-АТФа́за, Н⁺/K⁺-аденозинтрифосфата́за, ка́лий-водоро́дная аденозинтрифосфата́за) — фермент класса гидролаз (КФ 3.6.3.10). В гастроэнтерологии и фармацевтике, ориентированной на органы пищеварения, вместо водородно-калиевая аденозинтрифосфатаза обычно используют синонимы: прото́нная по́мпа, прото́нный насо́с, прото́новый насо́с, или прото́новая по́мпа (особенно часто в словосочетаниях типа: «ингибитор протонного насоса», «ингибитор протонной помпы» и т. д.).

Впервые идентифицирована в 1973 году A. Ganser и J. Forte при изучении кислотопродуцирующих клеток лягушки-быка.

Функции и местонахождение

Водородно-калиевая аденозинтрифосфатаза является протонной помпой (синоним протонным насосом) и играет важнейшую роль при секреции соляной кислоты в желудке. Н⁺/К⁺-АТФаза составляют большинство из молекул белков апикальных (направленных в просвет желудка) мембран париетальных клеток. Основная функция этих клеток заключается в продуцировании соляной кислоты (а также внутреннего фактора Кастла). Париетальные (синоним обкладочные) клетки располагаются в фундальных железах желудка. Фундальные (синоним главные) железы составляют основную часть желёз области дна, тела и интермедиальной зоны желудка и практически отсутствуют в кардиальной и пилорической частях желудка.

Структура Н⁺/К⁺-АТФазы

Н⁺/К⁺-АТФаза состоит из двух субъединиц, α (ATP4A) и β (ATP4B). Субъединица α представляет собой полипептидную цепь из 1033 аминокислотных остатков, десять раз пересекающую мембрану клетки, образующую, таким образом, пять петель, выходящих за пределы клетки. Оба конца α субъединицы, N и С, находятся внутри клетки. Большой участок полипептидной цепи (примерно 800 аминокислотных остатков), находящийся на цитоплазматической стороне от мембраны, образует домен, являющийся каталитическим центром гидролазы.

Субъединица β является гликопротеином, содержащим 291 аминокислотный остаток, а также углеводные цитоплазматические фрагменты (примерно треть массы β субъединицы) и не участвует непосредственно в процессе транспорта ионов. Полипептидная цепь этой субъединицы пересекает мембрану только один раз. N конец этой субъединицы находится внутри париетальной клетки, в её цитоплазме, C конец и большая часть — с внешней стороны мембраны. Эта субъединица играет важную роль в доставке вновь синтезированной субъединицы к мембране.

Продукция соляной кислоты

Н⁺/К⁺-АТФаза относится к большой группе белков — АТФаз, отвечающих за транспорт ионов (в большинстве случаев катионов) через клеточные мембраны практически всех биологических видов. Н⁺/К⁺-АТФаза транспортирует ион водорода Н⁺ из цитоплазмы париетальной клетки в полость желудка через апикальную мембрану в обмен на ион калия К⁺, который она переносит внутрь клетки. При этом оба катиона транспортируются против электрохимического градиента. Источником энергии для этого транспорта служит гидролиз молекулы АТФ. Одновременно с ионами водорода в просвет желудка путём активного транспорта против градиента переносятся ионы хлора Cl⁻. Входящие в клетку ионы К⁺ покидают её по градиенту концентрации вместе с ионами Cl⁻ через апикальную мембрану париетальных клеток. Протоны Н⁺ образуются в эквивалентных количествах с НСО₃⁻ при диссоциации угольной кислоты Н₂СО₃ при участии фермента карбоангидразы. Ионы НСО₃⁻ пассивно перемещаются в кровь по градиенту концентрации через базолатеральную мембрану в обмен на Cl⁻. Таким образом в просвет желудка при с участием Н⁺/К⁺-АТФазы выделяется соляная кислота в виде ионов Н⁺ и Cl⁻, а ионы К⁺ возвратным образом перемещаются через мембрану.

Ингибирование Н⁺/К⁺-АТФазы

Уменьшение продукции соляной кислоты в желудке является распространёнными и эффективным методом лекарственной терапии кислотозависимых заболеваний пищевода, желудка и двенадцатиперстной кишки, таких как: гастроэзофагеальная рефлюксная болезнь, диспепсии, пищевода Барретта, язвы желудка, язвы двенадцатиперстной кишки, хронического гастрита, дуоденита. Для торможения процессов кислотопродукции используют два класса лекарственных препаратов: блокаторы H₂-гистаминовых рецепторов (класс АТХ А02ВA) и ингибиторы протонного насоса (класс АТХ А02ВС).

Ингибирование (торможение) продукции соляной кислоты блокаторами H₂-рецепторов происходит опосредованно. Стимуляция H₂-гистаминовых рецепторов периетальной клетки гистамином является необходимым условием для последующего секретирования соляной кислоты. Гистамин, воздействуя на Н₂-рецепторы, что приводит к активизации аденилатциклазной системы с образованием циклического аденозинмонофосфата (цАМФ). Последний выступает в роли вторичного посредника секреции соляной кислоты. Блокаторы H₂-рецепторов конкурентным образом ингибируют H₂-рецепторы, уменьшая, таким образом, продукцию соляной кислоты.

Ингибиторы протонного насоса непосредственно воздействуют на Н⁺/К⁺-АТФазу. Накапливаясь в кислой среде секреторных канальцев париетальной клетки в непосредственной близости к молекуле-мишени — Н⁺/К⁺-АТФазе, они претерпевают ряд изменений — протонирование и превращение в сульфенамид. В этой форме они образуют прочные ковалентные связи с Н⁺/К⁺-АТФазой, в результате чего последняя перестаёт выполнять свои функции протонного насоса. Для того чтобы париетальная клетка вновь начала секрецию кислоты, необходим синтез новых Н⁺/К⁺-АТФаз, свободных от связи с ингибитором. Продолжительность эффекта воздействия ингибиторов протонной помпы обусловлена скоростью обновления Н⁺/К⁺-АТФаз (известно, что половина Н⁺/К⁺-АТФаз обновляется в клетке за 30-48 часов, а полностью — за 72-96 часов).

См. также

• Натрий-калиевая аденозинтрифосфатаза (Na+/К±АТФаза)
• Париетальная клетка
• Кислотность желудочного сока