執(zhí)業(yè)醫(yī)師輔導精華生理學——跨膜運輸(五)

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三、質(zhì)子泵
    質(zhì)子泵有三類:P-type、V-type、F-type.
    1、P-type:載體蛋白利用ATP使自身磷酸化,發(fā)生構象的改變來轉(zhuǎn)移質(zhì)子或其它離子,如植物細胞膜上的H+泵、動物細胞的Na+-K+泵、Ca2+離子泵,H+-K+ATP酶(位于胃表皮細胞,分泌胃酸)。
    2、V-type:位于小泡(vacuole)的膜上,由許多亞基構成,水解ATP產(chǎn)生能量,但不發(fā)生自磷酸化,位于溶酶體膜、動物細胞的內(nèi)吞體、高爾基體的囊泡膜、植物液泡膜上。
    3、F-type:是由許多亞基構成的管狀結構,H+沿濃度梯度運動,所釋放的能量與ATP合成耦聯(lián)起來,所以也叫ATP合酶,F(xiàn)是氧化磷酸化或光合磷酸化偶聯(lián)因子的縮寫。F型質(zhì)子泵位于細菌質(zhì)膜,線粒體內(nèi)膜和葉綠體的類囊體膜上,其詳細結構將在線粒體與葉綠體一章講解。F型質(zhì)子泵不僅可以利用質(zhì)子動力勢將ADP轉(zhuǎn)化成ATP,也可以利用水解ATP釋放的能量轉(zhuǎn)移質(zhì)子。
    四、ABC 轉(zhuǎn)運器
    ABC轉(zhuǎn)運器
    最早發(fā)現(xiàn)于細菌,是細菌質(zhì)膜上的一種運輸ATP酶,屬于一個龐大而多樣的蛋白家族,每個成員都含有兩個高度保守的ATP結合區(qū),故名ABC轉(zhuǎn)運器,他們通過結合ATP發(fā)生二聚化,ATP水解后解聚,通過構象的改變將與之結合的底物轉(zhuǎn)移至膜的另一側。
    在大腸桿菌中78個基因(占全部基因的5%)編碼ABC轉(zhuǎn)運器蛋白,在動物中可能更多。雖然每一種ABC轉(zhuǎn)運器只轉(zhuǎn)運一種或一類底物,但是其蛋白家族中具有能轉(zhuǎn)運離子、氨基酸、核苷酸、多糖、多肽、甚至蛋白質(zhì)的成員。ABC轉(zhuǎn)運器還可催化脂雙層的脂類在兩層之間翻轉(zhuǎn),這在膜的發(fā)生和功能維護上具有重要的意義。
    第一個被發(fā)現(xiàn)的真核細胞的ABC轉(zhuǎn)運器是多藥抗性蛋白,該基因通常在肝癌患者的癌細胞中過表達,降低了化學治療的療效。約40%的患者的癌細胞內(nèi)該基因過度表達。
    ABC轉(zhuǎn)運器還與病原體對藥物的抗性有關,如臨床常用的抗真菌藥物有氟康唑 、酮康唑、伊曲康唑等,真菌對這些藥物產(chǎn)生耐藥性的一個重要機制是通過MDR蛋白降低了細胞內(nèi)的藥物濃度。
    五、協(xié)同運輸
    協(xié)同運輸是一類靠間接提供能量完成的主動運輸方式。物質(zhì)跨膜運動所需要的能量來自膜兩側離子的電化學濃度梯度,而維持這種電化學勢的是鈉鉀泵或質(zhì)子泵。動物細胞中常常利用膜兩側Na+濃度梯度來驅(qū)動,植物細胞和細菌常利用H+濃度梯度來驅(qū)動。根據(jù)物質(zhì)運輸方向與離子沿濃度梯度的轉(zhuǎn)移方向,協(xié)同運輸又可分為:同向協(xié)同與反向協(xié)同。
    1、同向協(xié)同
    同向協(xié)同指物質(zhì)運輸方向與離子轉(zhuǎn)移方向相同。如動物小腸細胞對對葡萄糖的吸收就是伴隨著Na+的進入,細胞內(nèi)的Na+離子又被鈉鉀泵泵出細胞外,細胞內(nèi)始終保持較低的鈉離子濃度,形成電化學梯度。在某些細菌中,乳糖的吸收伴隨著H+的進入,每轉(zhuǎn)移一個H+吸收一個乳糖分子。
    2、反向協(xié)同
    反向協(xié)同物質(zhì)跨膜運動的方向與離子轉(zhuǎn)移的方向相反,如動物細胞常通過Na+/H+反向協(xié)同運輸?shù)姆绞絹磙D(zhuǎn)運H+以調(diào)節(jié)細胞內(nèi)的PH值,即Na+的進入胞內(nèi)伴隨者H+的排出。此外質(zhì)子泵可直接利用ATP運輸H+來調(diào)節(jié)細胞PH值。
    還有一種機制是Na+驅(qū)動的Cl——HCO3-交換,即Na+與HCO3-的進入伴隨著Cl-和H+的外流,如紅細胞膜上的帶3蛋白。