钠钾酶的结构

关于钠钾酶的结构第1页，共34页，星期日，2025年，2月5日目录Na+,K+-ATP酶的结构Na+,K+-ATP酶的作用原理Na+,K+-ATP酶中的三个Na+结合位点Na+,K+-ATP酶的功能第2页，共34页，星期日，2025年，2月5日Na+,K+-ATP酶的结构Na+,K+-ATP酶是P型离子转运ATP酶中的最重要成员P型离子转运ATP酶Na+,K+-ATP酶Ca2+-ATP酶H+-K+ATP酶P型离子转运ATP酶的共同特点是:在反应中能形成一个共价磷酸化的中介第3页，共34页，星期日，2025年，2月5日Na+,K+-ATP酶的结构结构α-亚基β-亚基辅助FXYD蛋白第4页，共34页，星期日，2025年，2月5日Na+,K+-ATP酶的结构

α-亚基：主要由A、N、P三个区域组成第5页，共34页，星期日，2025年，2月5日Na+,K+-ATP酶的结构α-亚基——A区域又称为驱动器第6页，共34页，星期日，2025年，2月5日Na+,K+-ATP酶的结构

α-亚基——N区域是核苷酸的结合点第7页，共34页，星期日，2025年，2月5日Na+,K+-ATP酶的结构

α-亚基——P区域称为磷酸化作用点第8页，共34页，星期日，2025年，2月5日Na+,K+-ATP酶的结构β-亚基第9页，共34页，星期日，2025年，2月5日Na+,K+-ATP酶的结构辅助FXYD蛋白第10页，共34页，星期日，2025年，2月5日Na+,K+-ATP酶的作用原理每水解一个ATP分子，可以将3个Na+泵出细胞，同时携带2个K+进入细胞细胞内细胞外第11页，共34页，星期日，2025年，2月5日Na+,K+-ATP酶的作用原理经过研究表明，Na+,K+-ATP酶的作用过程实际上是其两种构象（E1和E2）的相互转变E1构象E2构象第12页，共34页，星期日，2025年，2月5日Na+,K+-ATP酶的作用原理E1和E2构象的相互转变1、由于ATP末端的磷酸基水解，使E1构象磷酸化，磷酸化的酶的能量较高，所以能够自动转变为低能量状态的E2构象，同时由亲Na+的转变为亲K+的构象，向细胞外释放3个Na+，结合2个K+。2、磷酸化的酶在膜外的K+的作用下，可以去磷酸化，携带2个K+，由E2转变为E1构象，将K+释放到细胞内。第13页，共34页，星期日，2025年，2月5日Na+,K+-ATP酶的作用原理最近的研究表明：

Na+，K+-ATP酶实质上是一个Na+泵，因为在缺少K+的情况下它照常工作。第14页，共34页，星期日，2025年，2月5日Na+,K+-ATP酶中的三个Na+结合位点第15页，共34页，星期日，2025年，2月5日Na+,K+-ATP酶中的三个Na+结合位点Na+的三个结合位点并不是凭空猜想的，而是通过将一个水分子放入其中，计算其不同位置的部分价所得到的，这三个点对Na+具有较高的亲和力。第16页，共34页，星期日，2025年，2月5日Na+,K+-ATP酶中的三个Na+结合位点为什么是Na+亲和性的而不是K+亲和性的？第17页，共34页，星期日，2025年，2月5日Na+,K+-ATP酶中的三个Na+结合位点位点Ⅰ和Ⅱ之间的距离是3.2-3.6Å（1Å=0.1nm），Na+离子半径=0.95ÅK+离子半径=1.33Å两个结合位点之间的距离能够容下2个Na+，但是对于2个K+来说就比较拥挤了。实际上，3.6-3.8Å正好是2个Na+能在水中形成离子对的距离第18页，共34页，星期日，2025年，2月5日Na+,K+-ATP酶中的三个Na+结合位点结合的顺序：第一个Na+先与位点Ⅲ结合，第二个Na+与位点Ⅰ结合，第三个Na+最后与Ⅱ结合，这是由三个位点的空间结构所决定的第19页，共34页，星期日，2025年，2月5日Na+,K+-ATP酶中的三个Na+结合位点第一步：释放K+，使松散的M6部分能够自由的转动，并且使丝氨酸775改变其侧链的方向，同时使第一个Na+到达位点Ⅲ。第20页，共34页，星期日，2025年，2月5日Na+,K+-ATP酶中的三个Na+结合位点为了保证第一个Na+能够顺利到达位点Ⅲ，位点Ⅱ和Ⅰ的结构必须是未定型的第21页，共34页，星期日，2025年，2月5日Na+,K+-ATP酶中的三个Na+结合位点在E1构象时，Na+,K+-ATP酶会向细胞内释放其结合的2个K+，从而使M6能自由旋转；丝氨酸775改变其侧链的方向；Na+结合到位点Ⅲ能够修复丝氨酸775的侧链和M6的松散部分，这样使天冬氨酸804和808的羧基能被位点Ⅰ的Na+所使用。第22页，共34页，星期日，2025年，2月5日Na+,K+-ATP酶中的三个Na+结合位点第二步：位点Ⅱ继续保持未定型状态，位点Ⅲ结合后天冬氨酸804和808的羧基能协助第2个Na+的结合第23页，共34页，星期日，2025年，2月5日Na+,K+-ATP酶中的三个Na+结合位点M6螺旋旋转后到达一个稳定的状态；第二个Na+与M6侧链的天冬氨酸804和808的羧基结合；Na+结合到位点Ⅰ会将M4E末端细胞质上的丙氨酸323带到位点Ⅰ和Ⅱ的Na+协调的位置，有助于位点Ⅱ形成。→第24页，共34页，星期日，2025年，2月5日Na+,K+-ATP酶中的三个Na+结合位点第三步：第3个Na+结合到位点Ⅱ第25页，共34页，星期日，2025年，2月5日Na+,K+-ATP酶中的三个Na+结合位点第26页，共34页，星期日，2025年，2月5日Na+,K+-ATP酶中的三个Na+结合位点结合的特点：环环相扣第一个Na+的结合M6螺旋的松散部分稳定，然后将羧基带到第二个结合点；第二个Na+的结合使一个螺旋的末端复位，然后正确形成了第三个结合点；第三个Na+的结合会改变M4C的路径，使α-亚基中的P区可以弯曲并且接受Mg2+和ATP水解后的磷酸盐；P区是磷酸化的作用点，磷酸化后，Na+,K+-ATP酶从E1构象转变成E2构象，完成各种生理功能。第27页，共34页，星期日，2025年，2月5日Na+,K+-ATP酶的功能

据估计,一般细胞大约把它代谢所获得的能量的20%~30%用于钠泵的转运，利用如此巨大的能量用之于保持Na+、K+在细胞内外的不均匀分布,一定具有重要的生理意义和功能。第28页，共34页，星期日，2025年，2月5日Na+,K+-ATP酶的功能产生和维持膜电位调节、控制细胞内外的离子成分建立势能储备，供细胞其他耗能过程利用第29页，共34页，星期日，2025年，2月5日Na+,K+-ATP酶的功能1、产生和维持膜电位研究结果表明：细胞的膜电位主要和K+的浓度梯度有关。Na+,K+-ATP酶可以将K+主动转运至细胞内，钾通道蛋白可以将K+渗出至细胞外，由于K+净流出的结果，细胞膜电位呈内负外正，而Na+可以通过通道进入细胞内，使膜电位下降，这又导致更多的K+渗出细胞。由于Na+,K+-ATP酶控制着Na+,K+离子的主动转运，所以产生并维持了细胞膜电位第30页，共34页，星期日，2025年，2月5日Na+,K+-ATP酶的功能2、调节、控制细胞内外的离子成分在一定的膜电位下，细胞外的Na+，Cl-可渗入细胞，破坏膜内外的浓度梯度，同时由于渗透压的关系，水分子也会进入细胞内，引起细胞肿胀。Na+,K+-ATP酶可以将细胞内的Na+泵出，保持着膜电位，膜内的负电位有阻碍Cl-向细胞内渗入。说明该酶在调节细胞内外某些离子成分、浓度和细胞体积起着重要作用。Example：使用Na+,K+-ATP酶的抑制剂乌本苷可以引起细胞肿胀第31页，共34页，星期日，2025年，2月5日Na+,K+-ATP酶的功能3、建立势能储备，供细胞其他耗能过程利用细胞由物质代谢所获得的能量，首先是储存在ATP的高能磷酸键中，当Na+,K+-ATP酶水解ATP时，此能量的形式发生转变，变成势能的