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1、Na+,K+-ATP酶的晶体结构,杜 文 义 川抗所,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,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酶的共同特点是:在反应中能形成一个共价磷酸化的中介,Na+,K+-ATP酶的结构,Na+,K+-ATP酶的结构,-亚基：主要由A、N、P 三个区域组成,Na+,K+-ATP酶的结构,-亚基A区域 又称为驱动器,Na+,K+-ATP酶的结构,-亚基N区域 是核苷酸的结合点,Na+,K+-ATP酶的结
2、构,-亚基P区域 称为磷酸化作用点,Na+,K+-ATP酶的结构,-亚基,Na+,K+-ATP酶的结构,辅助FXYD蛋白,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,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,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
3、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。,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。,Na+,K+-ATP酶中的三个Na+结合位点,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。,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？,Na+
4、,K+-ATP酶中的三个Na+结合位点,位点和之间的距离是3.2-3.6（1=0.1nm），Na+离子半径=0.95 K+ 离子半径=1.33 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，3.6-3.8正好是2个Na+能在水中形成离子对的距离,Na+,K+-ATP酶中的三个Na+结合位点,结合的顺序：第一个Na+先与位点结合，第二个Na+与位点结合，第三个Na+最后与结合，这是由三个位点的空间结构所决定的,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
5、+到达位点。,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，位点和的结构必须是未定型的,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的羧基能被位点的Na+所使用。,Na+,K+-ATP酶中的三个Na+结合位点,第二步：位点继续保持未定型状态，位点结合后天冬氨酸804和808的羧基能协助第2个Na+的结合,Na+,K+-ATP酶中的三个Na+结合位点,
6、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+结合到位点会将M4E末端细胞质上的丙氨酸323带到位点和的Na+协调的位置，有助于位点形成。,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,Na+,K+-ATP酶中的三个Na+结合位点,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-亚基中的P区可以弯曲并且接受Mg2+和
7、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。,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% 3 0% 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。,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,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，
8、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,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,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，变成势能的形式贮存起来，这种势能也可以用于细胞的其他耗能过程。,总结,Na+,K+-ATP酶是人体中很重要但也很普通的酶，但是目前为止，人们并没有完全揭开它的面纱，很多相关的工作仍在继续中.,THANK YOU,