简述Na+/K+泵(Na+/K+pump,Na+/K+ATPase)的结构和作用机制。

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Na+/K+泵是动物细胞中由ATP驱动的将Na+输出到细胞外同时将K+输入细胞内的运输泵,又称Na+泵或Na+/K+交换泵。实际上是一种Na+/K+ATPase。Na+/K+ATPase是由两个大亚基(α亚基)和两个小亚基(β亚基)组成。α亚基是跨膜蛋白,在膜的内侧有ATP结合位点,细胞外侧有乌本苷(ouabain)结合位点;在α亚基上有Na+和K+结合位点。

  Na+/K+ATPase运输分为六个过程:

  ①在静息状态,Na+/K+泵的构型使得Na+结合位点暴露在膜内侧。当细胞内Na+浓度升高时,3个Na+与该位点结合;

  ②由于Na+的结合,激活了ATP酶的活性,使ATP分解,释放ADP,α亚基被磷酸化;

  ③由于α亚基被磷酸化,引起酶发生构型变化,于是与Na+结合的部位转向膜外侧,并向胞外释放3个Na+;

  ④膜外的两个K+同α亚基结合;

  ⑤K+与磷酸化的Na+/K+ATPase结合后,促使酶去磷酸化;

  ⑥去磷酸化后的酶恢复原构型,于是将结合的K+释放到细胞内。每水解一个ATP,运出3个Na+,输入2个K+。Na+/K+泵工作的结果,使细胞内的Na+浓度比细胞外低10~30倍,而细胞内的K+浓度比细胞外高10~30倍。由于细胞外的Na+浓度高,且Na+是带正电的,所以Na+/K+泵使细胞外带上正电荷。

  意义:Na+/K+泵具有三个重要作用,一是维持了细胞Na+离子的平衡,抵消了Na+离子的渗透作用;二是在建立细胞质膜两侧Na+离子浓度梯度的同时,为葡萄糖协同运输泵提供了驱动力;三是Na+泵建立的细胞外电位,为神经和肌肉电脉冲传导提供了基础。


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