Как натрий попадает в клетку

Как натрий попадает в клетку

• Для функционирования Na+-каналов необходимо существование направленного в клетку градиента Na+, который создается с помощью Na+/K+-АТФазы

• Электрические заряды на клеточной мембране активируют потенциал-зависимые Na+-каналы

• Пора потенциал-зависимых Na+-каналов образуется из одной субъединицы, однако их общая структура напоминает структуру 6ТМ/1Р К+-каналов

• Потенциал-зависимые Na+-каналы инактивируются специфическими гидрофобными остатками, которые блокируют пору

Клетка поддерживает градиент концентрации Na+, направленный от внеклеточной среды, что является необходимой предпосылкой для работы многочисленных систем мембранного транспорта, зависимых от ионов Na+. Электрохимический градиент Na+ по обеим сторонам мембраны создается с помощью Na+/K+-АТФазы. Эта АТФаза также называется Na+-насосом, поскольку использует энергию АТФ для транспорта ионов Na+ и К+ против их электрохимического градиента.

На каждые два иона К+, поступающих в клетку, из нее удаляются три иона Na+. Таким образом, Na+-Hacoc выполняет функцию электрогенератора, поскольку вызывает снижение общего электрического заряда клетки. Выход из клетки положительных зарядов приводит к тому, что ее содержимое заряжается более отрицательно по отношению к внеклеточной среде. Na+-насос позволяет клетке поддерживать отрицательное значение потенциала покоя. Энергия, необходимая для установления электрохимического градиента Na+, поставляется за счет гидролиза АТФ и сохраняется в форме электрохимического градиента Na+ и К+ по сторонам плазматической мембраны.

Биологическая роль электрохимического градиента Na+ выяснилась после обнаружения большого количества Na+-зависимых каналов и белков переносчиков, функционирование которых непосредственно связано с существованием этого градиента. Некоторые из этих вторичных транспортных систем, зависимых от Na+ или от электрического заряда, перечислены на рисунке ниже. Они используют электрохимический градиент Na+, направленный в клетку, и запасенную энергию для транспорта метаболитов против градиента концентрации или для генерации электрических сигналов в виде потенциала действия.

Две основные группы Na+-зависимых мембранных белков включают потенциал-зависимые натриевые каналы, которые рассматриваются в данной статье, и эпителиальные Na+-каналы.

Предполагаемая топология а-субъединицы потенциал-зависимых Na+-каналов.
Так же как и в К+-каналах, четыре порообразующих сегмента, состоящие из трансмембранных спиралей 5 и 6 и соединяющих их Р-петель,
образуют селективный фильтр и ворота канала.
Слева показан трансмембранный градиент Na+.

Возбудимые клетки, например нейроны, мышечные и эндокринные, генерируют электрические сигналы или реагируют на них. Эти клетки активируются за счет быстрых и обратимых изменений их мембранного потенциала покоя, которые, например, происходят при возникновении и распространении потенциала действия. При активации эти клетки используют трансмембранный градиент Na+, образованный за счет Na+/К+-АТФазы, для перевода электрических сигналов на мембране в клеточные функции.

Критическую роль в этом процессе играют потенциал-зависимые Na+-каналы, поскольку они активируются при деполяризации, которая приводит к тому, что мембранный потенциал быстро приобретает более положительный заряд. Когда величина мембранного потенциала достигает критического порогового значения, происходит открытие Na+-канала, и ионы начинают транспортироваться в клетку, в направлении электрохимического градиента. Через несколько миллисекунд Na+-канал самопроизвольно инактивируется (закрывается) и поток ионов прерывается. В физиологических условиях быстрый поток относительно небольшого количества ионов Na+-приводит к перемене знака электрического заряда плазматической мембраны (деполяризация), однако он не влияет на общую концентрацию Na+ в клетке.

Na+-каналы являются интегральными белками плазматической мембраны и транспортируют ионы Na+ в клетку в направлении градиента. Они катализируют транспорт ионов с высокой скоростью, достигающей 108 ионов на канал в 1 с Потенциал-зависимые Na+-каналы содержат порообразующую а-субъединицу и дополнительные субъединицы, b1 и b2. Субъединица а состоит из четырех повторяющихся доменов (I—IV), обладающих близким строением. Каждый из повторяющихся доменов содержит шесть трансмембранных сегментов, обладающих структурой а-спирали (1-6), в том числе сегменты 5 и 6, с соединяющими поровыми (Р) петлями. Сенсоры заряда расположены в сегменте 4, который содержит положительно заряженные остатки аминокислот. Строение потенциал-зависимого Na+-канала на уровне атомарных структур еще не выяснено.

Однако предполагается, что он обладает осью симметрии четвертого порядка, расположенной вдоль пути транспорта ионов, который облицован четырьмя доменами, состоящими из сегментов 5,6 и Р-петель. По предполагаемому строению, Na+-канал напоминает потенциал-зависимый К+-канал, с тем исключением что последний собран из четырех отдельных идентичных субъединиц.

Эксперименты по мутагенезу, в которых оценивали влияние замен аминокислот на функции ионных каналов, позволили предположить, что Р-петли являются частью селективного фильтра Na+-канала. Р-петли содержат сигнатурную последовательность Trp-Asp-Gly-Leu. Мутации в этой последовательности влияют на селективность канала по отношению к катионам. Р-петля также способна связывать тетродотоксин рыбы фугу. Связывание этого токсина приводит к инактивации потенциал-зависимых Na+-каналов, участвующих в генерации и распространении потенциала действия нейронов, что вызывает паралич ЦНС.

Считается, что происходящие при деполяризации мембраны изменения конформации и перемещение сенсоров заряда лежат в основе быстрой активации (открытия) потенциал-зависимых Na+-каналов, подобно тому как это имеет место для потенциал-зависимых К+-каналов. При этом на кинетику и зависимость воротного механизма от заряда влияют b-субъединицы. Они также участвуют в транспорте ионов и определяют локализацию Na+-каналов в плазматической мембране.

После потенциал-зависимой активации Na+-каналов происходит их потенциал-зависимая инактивация (закрытие). Предполагается, что инактивация происходит в два этапа, вначале наступает быстрая инактивация, а затем вторая фаза медленной инактивации. Как установлено в экспериментах с использованием сайт-направленного мутагенеза, основным компонентом системы быстрой инактивации является цитоплазматическая петля между доменами III и IV а-субъединицы Na+-канала. Как предполагают, эта цитоплазматическая петля, подобно крышке, закрывает отверстие поры канала, причем последовательность Ile-Phe-Met (IFM) служит в качестве гидрофобной «задвижки».

Фланкирующие IFM остатки глицина и пролина сообщают необходимую гибкость «петле задвижки» и обеспечивают закрытие поры. В то же время медленная инактивация зависит от Р-петли и включает фазу конформационных изменений наружного устья поры. В событиях медленной фазы инактивации также может принимать участие центральная область четвертого сегмента сенсора электрического заряда.

Na+-каналы служат важными мишенями действия анестетиков. Исследования с применением сайт-направленного мутагенеза показали, что местные анестетики имеют повышенное сродство к домену IV и к трансмембранномусегменту6,которыйвыстилаетпоры Na+-каналов. Некоторые лекарственные препараты, используемые для коррекции сердечного ритма, также ингибируют транспорт ионов через потенциал-зависимые Na+-каналы. Эти препараты, относящиеся к антиаритмическим средствам I класса, по химической структуре близки к таким местным анестетикам, как четвертичные амины, которые действуют на нейроны.

При развитии сердечных аритмий происходит аномальная деполяризация мембраны. Считается, что антиаритмические средства I класса селективно подавляют потенциал-зависимые Na+-каналы, которые находятся в инактивированном состоянии. Эти антиаритмические препараты и близкие к ним по структуре местные анестетики очевидно, связываются с Na+-каналом со стороны клетки, и ингибируют деполяризацию мембраны, которая служит причиной развития аритмии.

Для быстрой инактивации Na+-каналов с внутренней стороны поры используется механизм шарнирной крышки.
На внутриклеточной петле, соединяющей домены III и IV канала,
находится гидрофобная последовательность инактивации IFM (Ile-Phe-Met), которая блокирует пору закрытого канала Na+/K+-АТФаза поддерживает градиент Na+ по сторонам плазматической мембраны, удаляя из клетки ионы Na+.
Транспорт ионов в клетку в направлении градиента обеспечивается Na+-каналами.
Некоторые переносчики используют высвобождающуюся при этом энергию для транспорта других метаболитов против градиента концентрации.

Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021

Источник

Как натрий попадает в клетку

О чем бы мы ни говорили — о сокращении сердца, о передаче нервного импульса, о работе мозга, о поддержании кислотно-щелочного равновесия, о выделении гормонов эндокринными клетками — мы каждый раз, так или иначе, сталкиваемся с элементом, чья молярная масса равна 23 г/моль. В этом небольшом обзоре мы рассмотрим главным образом трансмембранный транспорт ионов натрия, коснемся роли последнего в физиологии и совсем чуть-чуть скажем об использовании знаний о разнообразных белках, транспортирующих этот ион, в фармакологии.

Для нормальной жизнедеятельности клетки одноклеточных организмов должны постоянно контролировать баланс электролитов и протонов внутри себя, а также адекватно реагировать на изменения внеклеточной среды — ионы натрия используются, например, для транспорта питательных веществ. У многоклеточных (а также колониальных) организмов разнообразные ионы участвуют и во взаимодействии между клетками, связывая их в единое, или в более-менее единое, целое. Как известно, между клеткой и внеклеточной средой существует электрохимический градиент концентраций — другими словами, наблюдается разница в зарядах и в концентрациях ионов по обе стороны мембраны, которая в состоянии покоя поддерживается относительно постоянной (рис.1). Межклеточный сигналинг, а также упомянутый транспорт веществ происходит за счет реализации потенциальной энергии электрохимического градиента при определенных стимулах.

На активность натрий-калиевого насоса оказывает влияние целый спектр веществ. Инсулин, бета-адреностимуляторы повышают функцию белка, альфа — наоборот; тиреоидные гормоны увеличивают количество активных АТФ-аз на мембране, воздействуя на аппарат транскрипции клеток; сердечные гликозиды, такие как уабаин и дигиталис, являющиеся специфическими ингибиторами АТФ-азы блокируют ее, пока она в закрытом состоянии — их используют для лечения сердечной недостаточности. Суть эффекта гликозидов в том, что при повышении концентрации натрия внутри клетки активнее работает антипортер Na/Ca, закачивая кальций в цитоплазму, а, как мы помним, последний является основным ионом сокращения мышечных волокон. Некоторые токсины — палитоксин, сангвинарин — ингибируют данный фермент, причем он блокируется в открытом состоянии, так что ионы калия и натрия движутся по своим градиентам концентрации, следствием чего может являться осмотический шок и гибель клетки.
О регуляции данной АТФ-азы можно говорить часами, но нам нужно двигаться дальше.

Итак, мы обсудили, как клетка регулирует содержание натрия и калия. Но каким образом натрий попадает внутрь, раз мембрана непроницаема для ионов? А теперь вспомним классификацию белков, осуществляющих транспорт последних. Все их многообразие можно разделить на два типа — каналы и переносчики. У последних, в свою очередь, выделяют транспортеры (уни-, анти-, котранспортеры) и насосы. Один из насосов мы уже разобрали — и можно обобщить, сказав, что все насосы используют энергию АТФ, т.е. осуществляют первично-активный транспорт. К слову, есть и другие белки, переносящие натрий против градиента концентраций: 3Na/Ca-обменник, закачивающий кальций в клетку в фазу I ПД кардиоцитов, 4Na/K,Ca-обменник, участвующий в световой адаптации и Na-3HCO3-котранспортер, функционирующий в почках и участвующий в поддержании рН в крови и моче, но они не относятся к ионным насосам.

При работе белков-транспортеров же наблюдается вторично-активный транспорт, т.е. для переноса одного вещества/иона используется градиент концентрации какого-нибудь другого иона. Самые популярные ионы, участвующие во вторично-активном транспорте — ионы натрия, что замечательным, удивительным образом совпадает с нашей темой (но поговорим мы о них в следующий раз). Пока же начнем с самого простого — с белков, осуществляющих пассивный транспорт (без затрат какой-либо энергии), т.е. с каналов.

Все каналы устроены схожим образом. Имеется пора, через которую происходит транспорт, селективный фильтр внутри поры, который обеспечивает перемещение именно определенных ионов. Так называемые «управляемые» каналы обладают также «сенсорами» — субъединицами/доменами субъединиц, реагирующими на различные стимулы, в связи с чем различают потенциалчувствительные, лигандчувствительные, механочувствительные и рецепторчувствительные. У некоторых каналов имеется одна субъединица, образующая пору, некоторые же представляют собой комплекс из нескольких субъединиц, но тем не менее, имеется ряд свойств, характерных для всех: селективность, высокая скорость переноса, наличие воротного механизма. По поводу селективности: в растворе молекулы и ионы гидратированы, то бишь окружены гидратной оболочкой, из-за чего заряд данного иона сильно уменьшается. Каждый ион обладает собственной электронной плотностью — чем она выше, тем большим количеством «слоев» диполей воды будет ион окружен. Каналы не пропускают гидраты, соответственно селективность определяется именно способностью канала (точнее — селективного фильтра) за счет противоположного заряда аминокислот катализировать энергетически выгодный процесс частичной дегидратации — разорвать связи иона с водой и связать его с остатками аминокислот.

Натриевые каналы, независимо от чего они активируются, в большинстве своем выполняют фукнцию быстрого изменения мембранного потенциала. Потенциал-зависимые представляют собой комплекс из трех субъединиц: порообразующей (альфа) и двух вспомогательных. Первая состоит из четырех доменов (см. рис.), различают также Р-петли, соединяющие 5 и 6 сегменты, которые являются частью селективного фильтра. В состоянии покоя канал закрыт — роль задвижки выполняет последовательность, расположенная между сегментами 3 и 4. Стоит же только мембранному потенциалу измениться в сторону более положительных значений, канал открывается, и ионы натрия буквально в течении каких-то милисекунд устремляются внутрь клетки, и тут же инактивируется вплоть до того момента, как мембрана обратно не реполяризуется. Отметим, что это касается именно быстрых натриевых каналов. Что, кстати, для них характерно, при медленной деполяризации и при менее отрицательных дефолтных значениях мембранного потенциала, они могут перейти в неактивное состояние, не успев активироваться — как и происходит в клетках пейсмейкеров в сердце, где функционируют медленные натриевые каналы — «каналы утечки».

Скажем напоследок, что имеется и особый подвид натриевых каналов — эпителиальные натриевые каналы (ENaCs), о которых уже писали на Медаче (https://vk.com/medach?w=wall-60511457_175454), их задача уже совершенно другая.

Пожалуй, на этом пока и закончим, а в следующем небольшом посте разберем оставшиеся два вида белков, принимающих участие в транспорте натрия.

Источник

Вездесущий натрий

Кандидат химических наук Максим Абаев

Начнём с натрия, баланс которого так тщательно контролируют наши клетки, и на это у них есть веские причины: нарушение натрий-калиевого баланса в организме крайне опасно для здоровья.

О том, что в живых организмах не последнюю роль играют электрические явления, учёные серьёзно задумались после знаменитых экспериментов Луиджи Гальвани с лягушками, которые он проводил в конце XVIII века. Мышцы препарированных им земноводных сокращались, когда экспериментатор включал их в электрическую цепь. А поскольку металлические провода в лягушачьих мышцах, очевидно, отсутствовали, то и электрические процессы в них должны чем-то отличаться от забега электронов по проводникам (см. «Наука и жизнь» № 4, 2017 г., статья «Сказка об электрической лягушке и итальянском физике Алессандро Вольте, основоположнике учения об электричестве»). Шаг за шагом к началу ХХ века исследователи выяснили, что главную «электрическую» функцию в клетке выполняет её оболочка — мембрана, а электрические явления в организме имеют химическую природу, связанную с движением ионов сквозь неё.

Ионы могут проникать сквозь мембрану только по специально предназначенным для этого проходам — ионным каналам. Конечно, можно представить, что каналы — это своего рода трубы, по которым внутрь или наружу клетки двигаются ионы. Но тогда непонятно, как клетка может поддерживать внутри себя высокую концентрацию ионов калия и низкую концентрацию ионов натрия — тот самый жизненно необходимый натрий-калиевый баланс. Ведь если внутрь клетки по каналу может пройти большой ион калия, то логично предположить, что вслед за ним с лёгкостью пройдёт маленький ион натрия, и не будет тогда никакого баланса. Но клетки умеют как-то отличать калий от натрия — явно не по размеру. Проблема настолько волновала учёный мир, что за открытие структуры ионных каналов в 2003 году была присуждена Нобелевская премия.

Оказалось, что на внутренних стенках канала в строго определённых местах находятся атомы кислорода, имитирующие молекулы воды вокруг иона. В результате ион, попадая внутрь такого канала, чувствует себя «как дома», точнее, как в растворе. Дело в том, что в растворе у разных ионов образуется разная оболочка из молекул воды, и даже у таких похожих ионов, как натрий и калий, их водяная «шуба» чуть-чуть, да отличается. Поэтому натрий, попав внутрь канала, предназначенного для калия, чувствует себя в нём неуютно и возвращается туда, откуда приплыл. Подобный принцип реализован в особом виде ионных каналов — натрий-калиевых насосах. Это встроенные в мембрану специальные белки, которые поочерёдно выпускают из клетки ионы натрия, а внутрь пропускают ионы калия.

От натрия внутри нас перейдём к натрию, который мы едим. Разумеется, никто не готовит себе десерты из мелко нарезанных ломтиков металлического натрия — в организм он поступает в виде соединений с другими элементами и веществами. Например, в виде обычной поваренной соли, которая есть не что иное, как хлорид натрия. Кстати говоря, такой соли нашему организму нужно не больше пяти граммов в сутки, а всё, что выше, идёт во вред, приводя к проблемам с давлением.

Другое вещество — бензоат натрия — часто можно встретить в составе пищевых продуктов с пометкой на упаковке «консервант». Оно относительно безвредно для человека, но весьма эффективно подавляет рост микроорганизмов, благодаря чему пища может храниться дольше. У бензоата натрия есть ещё одна особенность: разные люди по-разному воспринимают вкус этого вещества. Для кого-то оно сладкое, кому-то кажется солёным, а кто-то чувствует горечь, причём зависит это от генов конкретного человека. Говорят, один химик часто предлагал своим гостям стакан воды, куда предварительно добавлял чуть-чуть бензоата натрия, и просил определить, какого она вкуса. В большинстве случаев споры об «истинном» вкусе воды надолго занимали гостей. Эксперимент вполне в стиле самого известного научного «тролля», физика-экспериментатора и писателя Роберта Вуда. Шутки шутками, но сейчас тестовые полоски с бензоатом натрия используют для определения генетических различий между людьми.

Помимо бензоата натрий входит в состав двух других популярных консервантов: нитрита натрия и бисульфита натрия. Нужно сразу оговориться: антимикробное действие оказывает не катион натрия, а вторая «половинка» молекулы соли — анион бензойной (бензоат), азотистой (нитрит) или сернистой (бисульфит) кислоты. Натрий же выбран как самый безвредный компонент для этих соединений. Кстати, совсем не обязательно использовать консервант в виде соли. Можно, например, растворить в жидкости диоксид серы — так поступают при изготовлении вина ещё со времён Древнего Рима. Однако у этого метода есть один отрицательный эффект: вино со временем может приобрести неприятный запах сероводорода.

Позволим себе ещё одну небольшую ремарку по поводу консервантов. Может показаться, что еда без «химии» и консервантов полезна и экологична. В этом действительно есть своя правда. Но если на другую чашу весов положить ту массу продуктов без консервантов, которая испортится и будет выброшена, а также те ресурсы, которые требуются, чтобы эти продукты произвести, может получиться, что польза от «химии» с лихвой перекроет её вред.

От биохимии и еды перейдём к «химическим» сферам. Но сначала расскажем о таком соединении, как хлорат натрия, и о том, как безответственно его применяли новозеландские животноводы в начале прошлого века. Фермеры из страны бескрайних лугов столкнулись с двумя проблемами: сначала их знаменитые коровы начали болеть и умирать, а потом некоторые владельцы пастбищ обратили внимание на другую напасть — их одежда стала неожиданным образом самовоспламеняться.

Первая проблема — падёж скота — была вызвана растением крестовник луговой, занесённым в Новую Зеландию в конце ХIХ века, и, как это случается, с некоторыми инвазивными (от лат. invasio — нашествие) видами, слишком уж успешно прижившимся на местных лугах. Всё бы ничего, но в этом растении содержатся токсичные алкалоиды, от которых, собственно, и гибли бурёнки. Наступление крестовника стало настоящим бедствием для фермеров. Они были вынуждены бросить немалые силы на уничтожение ядовитого сорняка: на прополку полей выходили все — от мала до велика. Поэтому новость о том, что существует химическое вещество — хлорат натрия, от которого крестовник вянет и сохнет, была воспринята с большим воодушевлением. Новозеландские фермеры принялись с излишним рвением поливать луга и пастбища раствором хлората натрия. Вот тут-то и появилась неожиданная проблема со штанами. Оказалось, что пропитанная этим веществом одежда сельскохозяйственных рабочих через некоторое время становилась взрывоопасной, причём не спасала даже стирка.

Пока что мы говорили о натрии как об элементе, который входит в состав других химических веществ или плавает в виде ионов в растворе. А как обстоят дела с настоящим металлическим натрием, который эффектно взрывается, если его бросить в воду? Он, как мы уже упоминали, нашёл неожиданное применение в атомной энергетике — используется в качестве теплоносителя для охлаждения реакторов.

В обычной жизни мы можем стол-кнуться с такими теплоносителями, как вода или антифриз из этиленгликоля, в батареях центрального отопления или в системе охлаждения двигателя автомобиля. Представить, что нужно расплавить металл и прокачивать его по трубам для того, чтобы что-то охладить, довольно сложно. Тем не менее использовать жидкий натрий для отвода тепла от атомного реактора — отличная идея, и вот почему. Во-первых, жидкий натрий хорошо проводит тепло, обладает высокой теплоёмкостью и, что немаловажно, высокой температурой кипения. Одно дело, когда жарким летом вдруг «закипит» на дороге автомобиль, и совсем другое, если это будет атомный реактор. Во-вторых, в отличие от воды, натрий слабо замедляет нейтроны, в результате активная зона реактора может работать эффективнее. И наконец, от соприкосновения с натрием не ржавеют трубы и он не деградирует со временем, как различные органические вещества. Главное — не допустить, чтобы натрий вступил в контакт с водой!

Отыскать месторождение металлического натрия на Земле невозможно — таких мест на нашей планете нет. Объяснение этому очень простое: натрий моментально прореагировал бы с водой, а, как известно, даже в самом засушливом месте на Земле, в пустыне Атакама, иногда бывают дожди. Однако есть одно необычное местечко, где можно повстречать чистый натрий, правда, для этого придётся подняться в небо. На высоте порядка 80—100 км существует слой, состоящий из атомарного натрия, который попал туда из падающих на Землю метеоритов. Толщина этого слоя около 5 км, но если у вас появилась идея начать промышленную разработку натрия на небесах, то ничего не выйдет: содержание натрия там исчисляется несколькими тысячами атомов на кубический сантиметр. Для сравнения: если посчитать количество молекул в таком же объёме воды, то для записи этого числа потребуется 22 нуля. Тем не менее даже такое небольшое количество натрия можно обнаружить с помощью лазерной спектроскопии.

Поднявшись над Землёй ещё на три сотни километров, можно найти место, тоже связанное с натрием, — Международную космическую станцию. Исследования влияния невесомости на человеческий организм выявили один неожиданный эффект. Оказалось, что у космонавтов, длительное время пребывающих на орбите, в коже и соединительных тканях накапливается натрий, причём не в виде ионов, а в связанной с белками форме. Кажется, что на фоне проблем, возникающих из-за низкой гравитации, таких как снижение минеральной плотности костей и уменьшение объёма крови, наличие натрия в коже не так уж и важно. Однако этот факт показывает, насколько чутко человеческий организм реагирует на такие чуждые для него условия обитания, как космическое пространство.

Вернёмся от космических проблем к земным. Например, к всё более широкому использованию электрических аккумуляторов, которые в скором времени появятся на самых разных транспортных средствах — от самоката до грузовика. Перед человечеством стоит вопрос: из чего их делать? Пока что ничего лучше, чем литий-ионные батареи, мы придумать не смогли. Но одно дело, когда литиевые аккумуляторы используются в небольших гаджетах, и совсем другое, если нужно будет переделывать под электротягу весь автотранспорт. В мире просто может не хватить запасов лития, и его цена взлетит до небес. Решением проблемы, как сделать ёмкий аккумулятор из доступных материалов, мировое научное сообщество занято, наверное, не первый десяток лет. Одно из направлений — замена лития на более дешёвый натрий. Время от времени в научных журналах появляются сообщения об успешно работающих натриевых аккумуляторах, но до практической реализации подобных технологий ещё довольно далеко.

С натрием связаны интересные эксперименты как химиков, так и физиков. Первые, к примеру, стремятся получить новые необычные соединения, что в наше время совсем не просто, особенно если речь идёт о простых молекулах, состоящих из нескольких атомов. Поэтому современным химикам приходится идти на весьма неординарные эксперименты. Взять хотя бы синтезированное недавно соединение натрия и самого инертного элемента из всей периодической таблицы — гелия. Чтобы натрий вступил в химическую реакцию с гелием, оба вещества поместили в алмазную наковальню — это специальная конструкция, внутри которой можно создать экстремально высокое давление, в миллионы раз большее, чем атмосферное. Только в таких условиях благородный газ гелий вступает в химическую реакцию, чего в обычных условиях не произошло бы никогда.

Физики не отстают от химиков и идут на «нарушение» общепризнанных аксиом. Всем известно, что самое быстрое во Вселенной — это скорость света в вакууме. Ничто не может распространяться быстрее. При этом нет формального запрета на то, чтобы свет распространялся с меньшей скоростью в каких-нибудь прозрачных средах. Если свет пропустить, скажем, через алмаз, то его скорость уменьшится почти в два с половиной раза, хотя для обычной жизни она так и останется чудовищно большой. Но существует ли такая среда, в которой свет снизил бы свою скорость до «земных» значений? Оказывается, это возможно! В 1999 году физикам удалось замедлить свет до скорости 17 м/с — такой лучик света смог бы убежать от самого быстрого бегуна, но не смог бы обогнать велосипедиста, едущего даже на средней скорости. Правда, чтобы наблюдать этот эффект, исследователям пришлось пропускать лазерные импульсы сквозь сверххолодный газ из атомов натрия.

Вот такой он, натрий — элемент периодической таблицы под номером одиннадцать: даёт живым клеткам электричество, охлаждает горячие реакторы и даже останавливает свет!

Источник