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(xì)胞膜上的酶（EC 3.6.3.9）（或說得更精確一點(diǎn)，離子匣式跨膜ATP酶）可在人類細(xì)胞及后生動(dòng)物中發(fā)現(xiàn)。
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鈉鉀泵
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鈉鉀泵可以將細(xì)胞外相對(duì)細(xì)胞內(nèi)較低濃度的鉀離子送進(jìn)細(xì)胞，并將細(xì)胞內(nèi)相對(duì)細(xì)胞外較低濃度的鈉離子送出細(xì)胞。經(jīng)由以具放射性的鈉、鉀離子標(biāo)定，可以發(fā)現(xiàn)鈉、鉀離子都會(huì)經(jīng)過這個(gè)通道，鈉、鉀離子的濃度在細(xì)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(gè)載體運(yùn)輸。目前已知鈉鉀泵需消耗ATP，并可以將三個(gè)鈉離子送出細(xì)胞，同時(shí)將兩個(gè)鉀離子送進(jìn)細(xì)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(duì)離子進(jìn)出細(xì)胞的認(rèn)識(shí)的一個(gè)重要的里程碑。它也在細(xì)胞刺激上有著重要的意義，像神經(jīng)細(xì)胞的沖動(dòng)，就是用鈉鉀泵幫助維持細(xì)胞電位使神經(jīng)沖動(dòng)得以傳輸。
功能
鈉鉀泵可以幫忙維持細(xì)胞保持在靜止電位，幫助傳輸和調(diào)整細(xì)胞體積。他也有信號(hào)感應(yīng)和整合的功能，和細(xì)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(xì)胞的電位，細(xì)胞內(nèi)必須保持低濃度的鈉離子和高濃度的鉀離子。當(dāng)細(xì)胞再極化時(shí)，細(xì)胞會(huì)打開鉀離子通道而使細(xì)胞的內(nèi)的鉀離子經(jīng)由鉀離子通道離開細(xì)胞，使細(xì)胞內(nèi)的電位越來越低到達(dá)靜止電位。但當(dāng)鉀離子通道太晚關(guān)閉時(shí)，細(xì)胞內(nèi)的電位就會(huì)過低，而形成了過極化的現(xiàn)象。為了回復(fù)適當(dāng)?shù)碾娢?，鈉鉀泵經(jīng)由水解ATP獲得能量以主動(dòng)運(yùn)輸將三個(gè)鈉離子送出細(xì)胞，同時(shí)將兩個(gè)鉀離子送進(jìn)細(xì)胞。最后細(xì)胞回復(fù)到靜止電位而可以準(zhǔn)備開始下一個(gè)動(dòng)作電位。但有一點(diǎn)不要弄錯(cuò)，動(dòng)作電位的產(chǎn)生跟鈉鉀泵并沒有直接的關(guān)系。
控制細(xì)胞體積
鈉鉀泵的重要功能之一就是維持細(xì)胞體積，機(jī)制如下所述。在細(xì)胞內(nèi)部有大量無法分泌至細(xì)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(xì)胞外流入細(xì)胞內(nèi)，若無調(diào)控則會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞膨脹，甚至破裂。鈉鉀泵可避免此情況。泵將3個(gè)鈉離子運(yùn)出細(xì)胞，并運(yùn)入2個(gè)鉀離子。由于鈉離子對(duì)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(xì)胞外，而造成細(xì)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(xì)胞外。所以，一但細(xì)胞有開始膨脹的現(xiàn)象，就會(huì)自動(dòng)活化鈉鉀幫浦將離子運(yùn)出細(xì)胞外。
訊息轉(zhuǎn)換子
在過去這些年中，許多實(shí)驗(yàn)室證明了這些膜蛋白除了可以做傳統(tǒng)的離子運(yùn)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(xì)胞間的哇吧因(ouabain)傳遞訊息進(jìn)入細(xì)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(duì)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(huì)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(jī)制
- 泵接上ATP，并接上3個(gè)細(xì)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(duì)鈉離子的親和力 (affinity) 降低，而將鈉離子釋放至細(xì)胞外。
- 泵接上2個(gè)細(xì)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(yùn)送鉀離子進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)。
- 無磷酸化的幫浦構(gòu)形對(duì)鈉離子的親和力高于鉀離子，因此2個(gè)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(rèn)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(xì)胞膜上的鈉鉀泵是強(qiáng)心甙類（cardiac glycosides）藥物（如地高辛(digoxin)及ouabain）的重要作用目標(biāo)，借由增強(qiáng)收縮力來促進(jìn)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(jiǎng)。"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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