鈉-鉀泵

鈉-鉀泵

各種細胞的細胞膜上普遍存在著一種鈉-鉀泵(sodium-potassium pump)的結構,簡稱鈉泵,其作用是在消耗代謝能的情況下逆濃度差將細胞內的Na+移出膜外,同時把細胞外的K+移入膜內,因而保持了膜內高K+和膜外高Na+的不均衡離子分布。

概述

鈉-鉀泵鈉-鉀泵
各種細胞的細胞膜上普遍存在著一種鈉-鉀泵(sodium-potassium pump)的結構,簡稱鈉泵,其作用是在消耗代謝能的情況下逆濃度差將細胞內的Na+移出膜外,同時把細胞外的K+移入膜內,因而保持了膜內高K+和膜外高Na+的不均衡離子分布。
鈉泵是鑲嵌在膜的脂質雙分子層中的一種特殊蛋白質,它除了有對Na+、K+的轉運功能外,還具有ATP酶的活性,可以分解ATP使之釋放能量,並能利用此能量進行Na+和K+的主動轉運;因此,鈉泵就是Na+-K+依賴式ATP酶的蛋白質。鈉泵蛋白質已用近代分子生物學方法克隆出來,它們是由α-和β-亞單位組成的二聚體蛋白質,肽鏈多次穿越脂質雙分子層,是一種結合蛋白質。α-亞單位的分子量約為100kd,轉運Na+、K+和促使ATP分解的功能主要由這一亞單位來完成;β-亞單位的分子量約為50kd,作用還不很清楚。鈉泵蛋白質轉運Na+、K+的具體機制尚不十分清楚,但它的啟動和活動強度與膜內出現較多的Na+和膜外出現較多的K+有關。鈉泵活動時,它泵出Na+和泵入K+這兩個過程是同時進行或“耦聯”在一起的;根據在體內或離體情況下的計算,在一般生理情況下,每分解一個ATP分子,可以使3個Na+移到膜外同時有2個K+移入膜內;但這種化學定比關係在不同情況下可以改變。

意義

細胞膜上的鈉泵活動的意義是:(1)由鈉泵活動造成的細胞內高K+,是許多代謝反應進行的必需條件;(2)如果細胞允許大量細胞外Na+進入膜內,由於滲透壓的關係,必然會導致過多水分了進入膜內,這將引起細胞的腫脹,進而破壞細胞的結構;(3)它能夠建立起一種勢能貯備。如所周知,能量只能轉換而不能消滅,細胞由物質代謝所獲得的能量,先以化學能的形式貯存在ATP的高能磷酸鍵之中;當鈉泵蛋白質分解ATP時,此能量用於使離子作逆電-化學勢跨膜移動,於是能量又發生轉換,以膜兩側出現了具有高電-化學勢的離子(分別為K+和Na+)而以勢能的形式貯存起來;換句話說,泵出膜外的Na+由於其高濃度而有再進入膜內的趨勢,膜內高濃度的K+、則有再有再移了膜的趨勢,這就是一種勢能貯備。由鈉泵造成的離子勢能貯備,可用於細胞的其他耗能過程。Na+、K+等離子在膜兩側的不均衡分布,是神經和肌肉等組織具有興奮性的基礎;由K+、Na+等離子在特定條件下通過各自的離子通道進行的順電-化學勢的被動轉運,使這些細胞表現出各種形式的生物電現象。

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