鈉鉀泵
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鈉鉀泵（也可稱為鈉鉀-ATPase, Na+/K+-ATPase），是一種位于細胞膜上的酶（EC 3.6.3.9）（或說得更精確一點，離子匣式跨膜ATP酶）可在人類細胞及后生動物中發(fā)現(xiàn)。
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鈉鉀泵
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鈉鉀泵可以將細胞外相對細胞內(nèi)較低濃度的鉀離子送進細胞，并將細胞內(nèi)相對細胞外較低濃度的鈉離子送出細胞。經(jīng)由以具放射性的鈉、鉀離子標定，可以發(fā)現(xiàn)鈉、鉀離子都會經(jīng)過這個通道，鈉、鉀離子的濃度在細胞膜兩側(cè)也都是相互依賴的，所以顯示了鈉、鉀離子都可以經(jīng)過這個載體運輸。目前已知鈉鉀泵需消耗ATP，并可以將三個鈉離子送出細胞，同時將兩個鉀離子送進細胞。
鈉鉀泵在1950年被丹麥的科學(xué)家延斯·斯科（Jens Skou）發(fā)現(xiàn)，它代表了我們對離子進出細胞的認識的一個重要的里程碑。它也在細胞刺激上有著重要的意義，像神經(jīng)細胞的沖動，就是用鈉鉀泵幫助維持細胞電位使神經(jīng)沖動得以傳輸。
功能
鈉鉀泵可以幫忙維持細胞保持在靜止電位，幫助傳輸和調(diào)整細胞體積。他也有信號感應(yīng)和整合的功能，和細胞內(nèi)的鈣離子一樣幫助調(diào)整MAPK途徑、ROS。
靜止膜電位
為了維持細胞的電位，細胞內(nèi)必須保持低濃度的鈉離子和高濃度的鉀離子。當細胞再極化時，細胞會打開鉀離子通道而使細胞的內(nèi)的鉀離子經(jīng)由鉀離子通道離開細胞，使細胞內(nèi)的電位越來越低到達靜止電位。但當鉀離子通道太晚關(guān)閉時，細胞內(nèi)的電位就會過低，而形成了過極化的現(xiàn)象。為了回復(fù)適當?shù)碾娢唬c鉀泵經(jīng)由水解ATP獲得能量以主動運輸將三個鈉離子送出細胞，同時將兩個鉀離子送進細胞。最后細胞回復(fù)到靜止電位而可以準備開始下一個動作電位。但有一點不要弄錯，動作電位的產(chǎn)生跟鈉鉀泵并沒有直接的關(guān)系。
控制細胞體積
鈉鉀泵的重要功能之一就是維持細胞體積，機制如下所述。在細胞內(nèi)部有大量無法分泌至細胞外的物質(zhì)，如蛋白質(zhì)及胞器等，這些物質(zhì)造成滲透壓的差距，而使水由細胞外流入細胞內(nèi)，若無調(diào)控則會導(dǎo)致細胞膨脹，甚至破裂。鈉鉀泵可避免此情況。泵將3個鈉離子運出細胞，并運入2個鉀離子。由于鈉離子對膜的穿透性比鉀離子差(鈉的水合半徑比鉀大)，因此讓鈉離子傾向留于細胞外，而造成細胞不斷地流失離子，如此一來，產(chǎn)生相反的滲透壓梯度，使水分子滲出細胞外。所以，一但細胞有開始膨脹的現(xiàn)象，就會自動活化鈉鉀幫浦將離子運出細胞外。
訊息轉(zhuǎn)換子
在過去這些年中，許多實驗室證明了這些膜蛋白除了可以做傳統(tǒng)的離子運輸外，亦可借由調(diào)控蛋白質(zhì)上酪胺酸的磷酸化來結(jié)合細胞間的哇吧因(ouabain)傳遞訊息進入細胞內(nèi)。借由哇吧因來觸發(fā)蛋白質(zhì)磷酸化產(chǎn)生的下游訊息包括有絲分裂活化蛋白質(zhì)激酶(mitogen-activated protein kinase, MAPK)訊息的梯瀑效應(yīng)(cascade)的活化、粒線體活性氧（reactive oxygen species, ROS）的產(chǎn)生、C型磷脂酶（phospholipase C, PLC）及肌醇三磷酸受體（inositol triphosphate receptor, IP3R）的活化。[1]
蛋白質(zhì)交互作用對鈉鉀幫浦媒介的訊息傳遞是很重要的，如：鈉鉀幫浦與無接收子酪胺酸磷酸酶（Src，一種沒有受體得酪胺酸激酶）結(jié)合形成接收子復(fù)合物（receptor complex）。[2]鈉鉀幫浦亦會與錨蛋白（ankyrin）、肌醇三磷酸受體（IP3R）、肌醇三磷酸激酶（PI3K）、C型磷脂酶γ（PLC-γ）及切絲蛋白（cofilin）結(jié)合。[3]
機制
- 泵接上ATP，并接上3個細胞內(nèi)的鈉離子。
- 借由將ATP水解成ADP，使泵上高度保守的天冬胺酸片段 (highly conserved aspartate residue) 被磷酸化 。
- 磷酸化的泵構(gòu)形改變 (conformational change)，對鈉離子的親和力 (affinity) 降低，而將鈉離子釋放至細胞外。
- 泵接上2個細胞外的鉀離子。此舉造成幫浦去磷酸化 (dephosphorylation)，回復(fù)至原先構(gòu)形，運送鉀離子進入細胞內(nèi)。
- 無磷酸化的幫浦構(gòu)形對鈉離子的親和力高于鉀離子，因此2個鉀離子離開幫浦，ATP接上，過程重新開始。
調(diào)節(jié)
內(nèi)生（Endogenous）
鈉鉀泵被認為可由cAMP來調(diào)降。[4]若物質(zhì)造成cAMP濃度上升，則鈉鉀泵濃度下降；反之，若cAMP濃度下降，則納鉀泵濃度上升。
外生（Exopenous）
鈉鉀泵可被藥物做修飾。例如，心臟細胞膜上的鈉鉀泵是強心甙類（cardiac glycosides）藥物（如地高辛(digoxin)及ouabain）的重要作用目標，借由增強收縮力來促進心臟表現(xiàn)。
發(fā)現(xiàn)
丹麥科學(xué)家延斯·克里斯蒂安·斯科（Jens Christian Skou）在1957年發(fā)現(xiàn)鈉鉀幫浦[5]，并在1997年獲得諾貝爾化學(xué)獎。"for the first discovery of an ion-transporting enzyme, Na+, K+ -ATPase." [6]
基因
參考資料
- ↑ Na/K-ATPase Tethers Phospholipase C and IP3 Receptor into a Calcium-regulatory Complex by Zhaokan Yuan, Ting Cai, Jiang Tian, Alexander V. Ivanov, David R. Giovannucci, and Zijian Xie in Molecular Biology of the Cell (2005) volume 16, pages 4034-4045.
- ↑ Binding of Src to Na+/K+-ATPase Forms a Functional Signaling Complex by Jiang Tian, Ting Cai, Zhaokan Yuan, Haojie Wang, Lijun Liu, Michael Haas, Elena Maksimova,? Xin-Yun Huang and Zi-Jian Xie in Molecular Biology of the Cell (2005) volume 17, pages 317-326.
- ↑ Interaction of the alpha subunit of Na,K-ATPase with cofilin by K. Lee, J. Jung, M. Kim and G. Guidotti in The Biochemical Journal (2001) volume 353, pages 377–385.
- ↑ Regulation of Na+-K+-ATPase by cAMP-dependent protein kinase anchored on membrane via its anchoring protein Kinji Kurihara, Nobuo Nakanishi, and Takao Ueha. Departments of 1 Oral Physiology and 2 Biochemistry, School of Dentistry, Meikai University, Sakado, Saitama 350-0283, Japan
- ↑ Skou J. The influence of some cations on an adenosine triphosphatase from peripheral nerves.. Biochim Biophys Acta. 1957, 23 (2): 394–401. doi:10.1016/0006-3002(57)90343-8. PMID 13412736.
- ↑ Chemistry 1997
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參考來源
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