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離子泵（膜運輸蛋白之一）

次瀏覽 | 更新時(shí)間：2023-05-19

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離子泵

膜運輸蛋白之一

離子泵是膜運輸蛋白之一。也看作一類(lèi)特殊的載體蛋白，能驅使特定的離子逆電化學(xué)梯度穿過(guò)質(zhì)膜，同時(shí)消耗ATP形成的能源，屬于主動(dòng)運輸。離子泵本質(zhì)是受外能驅動(dòng)的可逆性ATP酶。外能可以是電化學(xué)梯度能、光能等。被活化的離子泵水解ATP，與水解產(chǎn)物磷酸根結合后自身發(fā)生變構，從而將離子由低濃度轉運到高濃度處，這樣ATP的化學(xué)能轉變成離子的電化學(xué)梯度能。目前已知的離子泵有多種，每種離子泵只轉運專(zhuān)一的離子。細胞內離子泵主要有鈉鉀泵、鈣泵和質(zhì)子泵。

基本信息

中文名	離子泵
外文名	ion pump
所屬	膜運輸蛋白
主要類(lèi)型	鈉鉀泵、鈣泵和質(zhì)子泵
運輸形式	主動(dòng)運輸

假說(shuō)

離子泵假說(shuō)是解釋質(zhì)膜上主動(dòng)運輸機制的例子之一。它認為，某些離子的運輸之所以能逆濃度梯度的方向進(jìn)行，是由于依靠了鑲嵌在質(zhì)膜脂質(zhì)雙分子層上的一種內在蛋白的分子構象變化來(lái)實(shí)現的。即可看作一類(lèi)特殊的載體蛋白，能驅使特定的離子逆電化學(xué)梯度穿過(guò)質(zhì)膜的過(guò)程，同時(shí)消耗ATP形成的能源，屬于主動(dòng)運輸。

離子泵

NaK泵

Na-K泵存在于動(dòng)、植物細胞質(zhì)膜上，它有大小兩個(gè)亞基，大亞基催化ATP水解，小亞基是一個(gè)糖蛋白。大亞基以親Na+態(tài)結合Na+后，觸發(fā)水解ATP。每水解一個(gè)ATP釋放的能量輸送3個(gè)Na+到胞外，同時(shí)攝取2個(gè)K+入胞，造成跨膜梯度和電位差，這對神經(jīng)沖動(dòng)傳導尤其重要，Na+-K+泵造成的膜電位差約占整個(gè)神經(jīng)膜電壓的80%。若將純化的Na+-K+泵裝配在紅細胞膜囊泡（血影）上，人為地增大膜兩邊的Na+、K+梯度到一定程度，當梯度所持有的能量大于A(yíng)TP水解的化學(xué)能時(shí)，Na+、K+會(huì )反向順濃差流過(guò)Na+-K+泵，同時(shí)合成ATP。這種可逆現象是離子泵的普遍性質(zhì)。

Ca2泵

Ca2+泵分布在動(dòng)、植物細胞質(zhì)膜、線(xiàn)粒體內膜、內質(zhì)網(wǎng)樣囊膜（SER-like organelle）、動(dòng)物肌肉細胞肌質(zhì)網(wǎng)膜上，是由1000個(gè)氨基酸的多肽鏈形成的跨膜蛋白，它是Ca2+激活的ATP酶，每水解一個(gè)ATP轉運兩個(gè)Ca2+到細胞外，形成鈣離子梯度。通常細胞質(zhì)游離Ca2+濃度很低，約10-7～10-8摩爾/升，細胞間液Ca2+濃度較高，約5×10-3摩爾/升。胞外的Ca2+即使很少量涌入胞內都會(huì )引起胞質(zhì)游離Ca2+濃度顯著(zhù)變化，導致一系列生理反應。鈣流能迅速地將細胞外信號傳入細胞內，因此Ca2+是一種十分重要的信號物質(zhì)。線(xiàn)粒體內腔、肌質(zhì)網(wǎng)、內質(zhì)網(wǎng)樣囊腔中含高濃度的Ca2+，濃度大于10-5摩爾/升，名為“鈣庫”。在一定的信號作用下Ca2+從鈣庫釋放到細胞質(zhì)，起到調節細胞運動(dòng)、肌肉收縮、生長(cháng)、分化等諸多生理功能。

質(zhì)子泵

質(zhì)子泵即H+泵包括H+-ATP泵和H+焦磷酸泵。

1、H+-ATP泵

在植物細胞原生質(zhì)膜和液泡膜上都存在著(zhù)由ATP酶驅動(dòng)的H+泵，它們的主要功能是調節原生質(zhì)體的pH從而驅動(dòng)對陰陽(yáng)離子的吸收。由線(xiàn)粒體生成的ATP供質(zhì)膜質(zhì)子泵需要，ATP釋放的能量建立跨膜的質(zhì)子梯度和電位差，質(zhì)子梯度活化離子通道或反向運輸器或同向運輸器，調節離子或不帶電溶質(zhì)的進(jìn)出。液泡膜上的質(zhì)子泵將H+泵入液泡，質(zhì)外體、胞質(zhì)溶膠和液泡的pH就有差異，分別是5.5、7.3~7.6、4.5~5.9。

2、H+-焦磷酸泵

H+-焦磷酸泵是位于液泡膜上的H+泵，它利用焦磷酸（PPi）中的自由能量（而不是利用ATP），主動(dòng)把H+泵入液泡內，造成膜內外電化學(xué)勢梯度，從而導致養分的主動(dòng)跨膜運輸。

濺射抽氣機理

如圖5所示，在每個(gè)陽(yáng)極筒內發(fā)生的物理過(guò)程，可分解成六個(gè)步驟展開(kāi)說(shuō)明。

圖5：濺射離子泵抽氣機理示意圖

1)圖中A表示在低壓下，當陰極和陽(yáng)極間加上高壓時(shí)，引起場(chǎng)致發(fā)射。

2)圖中B表示在電、磁場(chǎng)作用下電子作螺旋運動(dòng)。

3)圖中C表示電子與氣體分子碰撞產(chǎn)生正離子和二次電子，引起雪崩效應。

4)圖中D表示正離子轟擊鈦陰極，濺散出鈦原子落在陽(yáng)極筒上，形成新鮮鈦膜，也有的落在陰板外圍區(β區)。

5)圖中E表示活性氣體與新鮮鈦膜反應形成化合物，化學(xué)吸附在陽(yáng)極筒內壁。隋性氣體被電離，離子在電場(chǎng)作用下轟擊陰極過(guò)程中被排出。其排除方式為：(1)離子直接打入陰極表面內或β區(如圖中a)；斜射的離子切入陰極表面，離子和鈦一起被掀掉，埋葬在β區(圖中b)；(2)離子沒(méi)打入陰極內，從陰極得一電子恢復為中性原子或分子，反射到陽(yáng)極內表面被埋掉(圖中c)，這叫“荷能中性粒子反射”。

6)圖中F表示對于氫，由于其質(zhì)量小，氫離子轟擊鈦板的濺射產(chǎn)額甚低，氫離子 H2+ 或 H+ 打到鈦板上與電子復合變成H原子，然后擴散入鈦的晶格內，形成TiH固溶體而被排出。常溫下這種固溶體中H2的濃度為0.05%，當溫度高于250oC以上時(shí)，便又開(kāi)始分解放出氫。鈦大量吸氫后。由于放熱反應鈦板溫度上升，達到250oC以后，除重新釋放氫之外并導致鈦板晶格膨脹造成龜裂。通常需加大鈦板的散熱能力來(lái)改善濺射離子泵對氫的排除能力。要提高對氫的抽速，需保持鈦板表面清潔，選用晶格常數較大的β-Ti或鈦合金作為陰極板，或引入與氫可比擬的氬含量。因氬的濺散產(chǎn)額高，可提高對氫的抽速。

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