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ATP驱动泵与主动运输在3中能量来源形式的主动运输中,最常见的是ATP驱动泵。以ATP水解释放能量作为能源进行主动运输的载体蛋白家族,称为ATP驱动泵。根据泵蛋白的结构和功能特性,ATP驱动泵可分为4类:P型泵、V型质子泵、F型质子泵和ABC超家族。P型离子泵(Pclass ion pump)都有2个亚基催化;部分具有2个亚基调节;伴随 的磷酸化和去磷酸化(一)钠钾泵细胞内低Na+高K+的离子环境动物细胞一般要消耗1/3(神经细胞消耗2/3)的总ATP来维持这种环境。Na+、K+的输入和输出通过钠钾泵来完成的。表51 典型哺乳类细胞内外离子浓度比较The Nobel Prize in Chemistry 19971、Na+-K+ pump的分子结构:实际上就是Na+-K+ ATP酶;由2个亚基、2个亚基组成的四聚体;分布于动物细胞的质膜上。亚基是多次跨膜蛋白,具有ATP酶活性和Na+、K+结合位点;亚基是糖基化的多肽(折叠、调节)2、Na+- K+泵的工作方式在膜内侧,3 Na+与酶结合,激活ATP酶活性,使ATP分解,酶自身被磷酸化;酶构象发生改变,与Na+结合的部位转向膜外侧;向胞外释放3 Na+并与2 K+结合,K+与酶结合后促使酶去磷酸化;酶的构象恢复原状,于是与K+结合的部位转向膜内侧;向胞内释放K+,并又重新与Na+结合。1000次/秒高速运转。总的结果是每一消耗一个ATP;输出3个Na+ ,输入 2个K+ 。使细胞外带正电荷。3、Na+-K+泵的作用维持细胞的渗透平衡,保持细胞的体积;维持低Na+高K+的细胞内环境,为协同运输提供驱动力;维持细胞的静息电位4、Na+-K+泵的影响因子:乌本苷(ouabain)、毛地黄(digitalis)可抑制Na+-K+泵活性;(二) 钙泵等其他P型离子泵1、钙泵(Ca2+pump)又称为Ca2+-ATPase,跨膜蛋白,进化上与Na+-K+泵的亚基同源。作用:维持细胞内较低的Ca2+浓度(胞内浓度10-7M,胞外10-3M)。分布:质膜、细胞器膜(肌细胞内质网膜)。作用机制:原理与钠钾泵相似,每分解一个ATP,泵出2个Ca2+,将Ca2+输出细胞或泵入内质网腔中储存起来。Ca2+- ATP酶工作过程2、P型质子泵分布:植物细胞、真菌和细菌的质膜上没有 Na+-K+泵,只有质子泵(H+- ATPase)P型质子泵的功能: 将H+泵出细胞,建立跨膜的H+电化学梯度(相当于动物细胞膜上的Na+电化学梯度),从而驱动一些溶质的转运。转运溶质(细菌培养环境酸化、对糖和氨基酸摄取); H+-K+泵:将H+泵出细胞,K+泵入细胞,哺乳动物胃酸分泌;P-type:利用ATP 自磷酸化导致的构象改变来转移H+ 。如植物细胞膜上的H+泵、动物胃表皮细胞的H+-K+泵(分泌胃酸)。“胃酸”V-type:位于溶酶体膜、内体、植物液泡膜上,由许多亚基构成,水解ATP产生能量,将H+泵入细胞器,但不发生自磷酸化。V型H+泵和F型H+泵V型H+泵:膜泡质子泵(vacuolar proton pump),分布于动物细胞胞内体、溶酶体膜、破骨细胞、某些肾小管细胞质膜、植物酵母真菌细胞液泡膜上。F型H+泵(Fclass proton pump)位于细菌质膜,线粒体内膜和叶绿体的类囊体膜上。特点:不形成磷酸化中间体;功能:V型泵维持细胞质基质的pH中性和细胞器内的酸性;F型泵利用H+顺浓度梯度运动,将释放的能量合成ATP。ABC超家族定义:最早发现于细菌,是一庞大的蛋白家族,都有两个高度保守的ATP结合区(ATP binding cassette),故名。特点:1.一种ABC转运器只转运一种或一类底物,不同成员可转运离子、氨基酸、核苷酸、多糖、多肽、蛋白质;2.可催化脂双层的脂类在两层之间翻转。举例:ABC转运器与病原体对药物的抗

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