运送蛋白（化ranspot prot3in8)的作用实现的。如果只是运送一种分子由膜的一侧到另一侧， 称为单向运送(uniport transport);如果一种物质的运送与另-种物质的运送相关而且方向 相同，称为问向(symport)运送，方向相反则称为反向(anbiport)运送，这二者又统称为协同 ()运送（图11-3）。下面介绍几种生要的小分子运送体系。 一、Na+和区+的运送 无论动物、植物细胞或细菌，细胞内、外都存在着离子梯度卷。细胞内是高K+低+，而 外环均中则是高N。+低K*。如红细胞内K*的含量比Na*高20倍左右，轮藻细胞中的K 含量此其生存的水环境中高3倍左右，而又轴藻细胞中基至高出1000倍以上。这种明显的 南子秘度显然嘉由于N‘或K+逆浓度梯度主动运送的结采。执行这种运送功能的体系称为 NBt.Kt-泵 很多研究工作的结果表明，Na*,K+-系就是分布于膜上的Na+,K*-ATP瑞： 1.Na+,K-泵与Na+,Kt-ATP酶0年代研究Na,K+-泵的一个主要进展在于发 Na+-K+-ATP 然燃0密个数签 去污剂微囊 卷装 脂-去污剂微囊 Na+-K+-ATP的纯化 米米 及经透析除去去污剂 去污剂微囊 ATP ADP+Pi 外加的动眉 胎条鹰在 Na+K+- 图1-4a,K+-ATP醇逆浓游 度主动 系入*附功图示 图11-5Xa,KAP畴 增溶，提纯 及其在人工裤脂膜上的 。30
现Na+,K+-泵即是Na+,K+-ATP酶。其主要的证据是：①Na+,K+-ATP酶水解ATP的 最适活力借要Na*和K+的存在。②乌本苷是N@,K+-系的专一性抑制剂，它也抑制Na K*-ATP降的活力。③用重新封闭的红细胞血影(gos)进行实验的结果更进一步提供了 AIP酶如何水解AT四以推动Na+,K+-泵的证据：a.Ma+和K*的运送与AP的水解素 密偶联。b.离子的运送与ATP的水解只有在Na*和AP存在于血影燕内侧，面K+存在 于外阅时才能发生（图1山-4）。，乌本苷只有在血影胶外侧时才能因竞争K+结合位受而起 到抑制作用。d.每水解1个ATP分子向膜外泵出8个Na+,向膜内泵入2个K(图1山4)。 ®.将提纯的Na+,K+-AP酪重建在人工膜脂质体上，当有ATP和Mg+存在时，重建 ATP酶具有向膜外运送Na+,向膜内运送K+的功能（图11-。用其他不同来源的a, K+-ATP降的研究也得到了相似的结果。 不同来源的N+,区+-ATP酶都可提纯。它是由一个跨膜的催化亚单位（分子量大约 100000)和与其相结合的一个糖蛋白（分子量约45000）所组成。前者有位于质膜内阅表面 的Na·和ATP的结合位点，在它的外侧表面有K+和乌本苷的结合位点。糖蛋白的功能还不 清楚。Na,K+-ATP酶在膜上可能以四爽体形式（阿个大的亚单位和两个小的立单位）存 在。 2.Na*,K+-ATP酶的作用机理一构象变化假说对Na+,K+-ATP砖的结构及其 功能的研究较卓，因而也较清楚。有关它作用的分子机理已提出多种假说。这里主要介绍其 2 细胞外 燃0密 .3D 图1-6a*,-4P锋的作用模型 。31+
中一种较重要、较普遍接受的假说一构象变化假说。 令人信服的注据表明，AP为*，K+-系提供了能量来源。但是，ATP的水解究竞龙 样与Na*,K+的运送柑偶联究？一些研究表明，AIP的末端磷酸基团，在Nat存在下转移到 ATP酶的天氡殊胺成基上，与Na+有关的蛋白磷酸化导致酶的构象发生变化，使Na+运送至 细胞外。其后在K*存在下，AIP酶进行去裤酸化导致酶的构象发生变化，使K*运送入细 胞内，此步反应被乌本背抑制。AP酶经去酸化作用等步臻后构象又回复到原来的状态 (图11-6)。因此，在Na+,K+分别向膜外和膜内运送过程中，运送蛋白ATP酶经历了辟酸 化和去磷酸化过程，而酶本身的构忽变化调节若N*和K*的运送。这是一种主动向膜外乘 出N,向膜内系入K+的运送过程，从而维持膜内外的离子梯度差。 由N+,K+-ATP酶维持的离子梯度套具有重要的生理意义。它不仅维持细胞的膜电 位，成为可兴奋细胞，如神经、肌细胞等的活动基础，也调节细胞的体积和驱动某些组跑中的糖 和氨基酸的运送。 二、Ca+离子的运送 细胞内、外也存在者明显的Ca+离子梯度差。如细胞质的C浓度很低，约在10 101mol/L,而细跑外的浓度却高达10-mo1/L,细胞怎样来保持这样大的离子梯度差呢？研 究表明，主要是通过存在于细胞质膜和细胞内膜系统中的C+运送体系的作用实现的。下面 主要介绍肌肉细跑中肌质网膜的C2+离子运送。 1.Ca+泵和Ca+-AP醇肌质树()是肌细跑含有的一种特 化的内质网跌系统。在肌细胞中它形成一种由许多精细的通道构成的利状结构，是细胞内重 要的C+库之一。当肌细胞受到外界刺激（知电刺微产生神经冲动使膜去极化）时，Ca*由 肌质网释放进入细胞质中，引起肌肉收缩。当肌肉松孢时，C+离子重新骚入肌质网膜。可 见肌肉的收缩和松驰过程，是C+从肌质网释放和科镊入的主动运送过程。这一过程又受 到分布于脱上的Ca+泵即Ca2+-ATP酵的调节。Ca+-ATP酶催化以下反应： C(ATP)2CnADP(n)+Pi(n) 这里，“外”指肌质网膜外侧，“内”指职质网脑内侧。 提纯的Ca+-ATY窗重组在人工膜脂质体上，当加入A'P时，具有将Ca+主动运送入膜 内的功能。目前新究较清楚的0a+泵的主要性欧有：Ca+泵只有Ca+微活的Ca+-ATP酶 活。心肌和骨骼肌中C+主动运送是通过Ca2+-ATP酶的作用实现的；Ca+泵主动运送 02+是通过水解ATP提供的能量驱动的。每一分子的ATP酶每秒钟大约可水解达10个 ATP分子，每水解一分子ATP运送2分子Ca+0+-ATP酶是质网膜的主要成份，占膜 总蛋白的90%，因而较其它来源的Ca一ATP酶易于提纯：02+-ATP酶对0a+有很高的亲 合力，K的为10-mol/八。Ca2+泵还具有效率高，容量大的运送功能 除了上述的Ca+运送体系外，在真核细胞质膜，线数体膜，内质网膜中都含有Ca+运差 体系比如兴奋性细胞质膜上的受电压控制的Ca+通道(voltngo-dependenCa+ohannel), 质膜的Ca2+-Na*交换体(Ca2+-Na'exchange carrier)和Ca2+泵(Ca2+pump),线粒体内膜的 ·32·
Ca+-Na+交换体和质子电化学梯度蜜动的电冰单向送送体(elrophoretic uiporr) 袋。 2.钙调蛋白(calmodulin,0AM)钙调蛋白是由Cheug和Kakiuchi等在1970年问时 发现的。它在调节神经突触膜、脂肪细胞膜、小肠基底膜以及红细胞膜等的C+运送中起重 要作用。钙满蛋白可刺激细胞对Ca+的抵取。这种刺激与Ca+-AP酶活力的增加以及与依 赖钙澜摄白的酸化的增加有平行关系。这说明CM在Ca+运送中起着重要作用。心肌 肌质网膜对Ca2+的摄取达到它的最大激活一半所需的0AM的浓度约10-20nmcl/L,表明 OAM的调节作拥是很强的。每个OAM可结合4个Ca2。CAM的作用与细胞内Ca+浓度 有关。在Ca+浓度极低时，·AM主要以不与Ca+结合的非活性状态存在，也不能激活 0n+-AP德，降对Ca+的亲合力也很低。如细胞内的Ca+浓度达10。-10-mol/L时， CAM与0a+形成复合物，可与Ca+-AIP酶结合，并提高酶对Oe2+的素合力，酵活性增加 6一7倍，使0+主动运送大大增强，从而使细胞内Ca+浓度又达到原有稳态水平。 OAM存在于所有脊椎动物组织中，而在脑，睾丸和-一种电鱼的电板(e]eotroplax)中分布 相对丰高。CAM对热处理和三氯需酸的沉淀作用有高度的抗性。在Ca+存在下，它可以和 一些药物（如盼鹰婆）相结合，因而利于大量制备。0AM是一个小的酸性蛋白，由149个氢基 酸组成，分于量为16700。 3.Qa2+-ATP酶的作用机理Ca*-AT空陈在运送Ca+的过程中，与Na*,K+ATP 离类似，也烃历了磷酸化和去裤酸化循环过程，有马和：两种构象，耳构象对O+具有高 的亲合力。通过和E,两种构象的相互转变，将C如+由膜的一侧向另一侧运送《图 外 ATP ADP 内 (2cE- -(2C2)E~R 2c+/ 2c* nK+、 nK+ (K*)E一 (nK+)E~P 图11-7肌质树Ca一ATP醇作用机理般设 C“的结合与释放，和爱白的调酸化与去院酸化及其件庙的蛋白构象由品到品的变化及其 相互转芝所产坐的C@释放和重新结合的循环过程与a,区+-△2P蟑的作用积型相似 Oa+-ATP藤是一个跨膜的，不对称分布的膜结合酶，在膜上可能以四聚体形式存在。，从 肌质网膜分离提纯的Ca2+-ATP藤，分子量约为110000，有1015个氨基酸魂基，其中80% 以上的一缀结构已经氧明。用胰蛋自移处理C+一ATP酶.可分解成两个大小基本相同的 肽段，分子量分别为7000和5000，面大的肽段可继续分解成分子量为24000和33000 ·38
的阿个小肽段，前者具有运送C+的功能，后者县有水解ATP的活性。 三、阴离子运送(ani0 n traneort) 阴离子跨膜运送也是通过存在于膜上的运送体系进行的。目的研究较多的是红细胞膜上 的带3蛋白band3)的明离了运送功能。带3 蛋白其名来源于它在8DS凝胶电冰上相对于 跑外 其他膜蛋白的位置而来。 带3蛋白是一个骑膜分布的内在性禁蛋 白，在膜上以二聚体形式存在。每个红细胞有 大约5×10二聚体。二聚体也可发生交联形 细 成多聚体。带3蛋白是以扩展的多肤链多次跨 脂双层膜分布的，具有多折叠的或球状构象( more folded or globular conformstion)( Q入 1山-8》。带3蛋白的氨基术嵘位于细胞内侧 -NH, 目前对带3蛋白跨膜跟旋区的氨基酸组成、结 构的序列及其与阴离子运送的关系等都在进行 深入的研究。 带3發白在红细胞执行0.00，交换功能 中起着重要作用。红细胞隙上存在有专一性的 负贵HCO-C1交换的阴离子通道。当用汝射性标记的专一性抑制剂耳一DDS标记红细 胞膜蛋白时，发现DIDS专一性地与膜上带3蛋白相结合，同时带3蛋白的阴离子（如C1)交 换功能即被抑胸。这证明膜上的阴离子通道蛋白就是带3蛋白。并且实验证明，DD8的结合 位点是在位于带3蛋白0端的第58域61位的赖氨酸残燕.上。用重新封闭的红绸胞血彬膜 的实验，也正明1-的运送是通过带3蛋白进行的。 带3蛋白执行阴离子交换功能的分子机倒，目前实验证据较多的是“乒-兵”Dn义-pog) 机理假设。认为一个阴离子在细跑外表面进入运送位点之后，发生转运，并在细胞质一侧释 放，然后细胞质侧的一个阴离子又结合到空出的运送位点上，并被运送到细胞外去，当它释放 时，细胞外面的一个运送位点又可用于开始新的循环运送。这好似一对一的交换运送。 带3蛋白占红铜胞膜蛋白的25%左右，如果抽提掉外周蛋白-血影收缩蛋白(speetrir)后 计算，则可达胶蛋白的70%。每个红细胞含1.2×103个分于的带3蛋白。它的分子量的为 100000,含大约800个氨莘酸残基，37.5%是疏水性氨基酸。它的N-端是乙酰甲硫氨酸，0 端是赖氨酸。榭通过天冬阮胶与蛋白质相连接，共含29个糖观基，主要是半乳糖，N-乙胝碰 萄糖胺，以及少量的甘露糖，岩藻糖与液度等。 四、簪和氨基酸的运送 1,协同运送(c0-transporb)一些箱或氨基酸的主动运送并不是靠直接水解ATP提供 34