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5.11:

初级主动运输

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Biology
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Primary Active Transport

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不像被动转运那样 主要的主动转运使用ATP(三磷酸腺苷)的能量 以驱动嵌入细胞膜的泵蛋白 这个泵蛋白逆电化学梯度 将离子输送至 它们通常在扩散过程中不会移动的方向 一种这样的转运体是钠-钾泵 它最初是有方向的,所以通过它可以跨越细胞膜 因为其细胞外侧闭合 而细胞内侧区域打开 并和一个ATP分子相关联 有了这样的构造 转运体就对细胞一般现有的 钠离子有了很强的吸引力 三个这样的离子进入并附着在泵蛋白上 这种连接使得ATP 可以把它的一个磷酸基移动到运转体 提供所需能量 以关闭泵蛋白的细胞内侧 并打开细胞外侧区域 这种新的构造减少了 泵蛋白对钠离子的吸引力 它们被释放于细胞外侧空间 但增加了它对钾的吸引力 使它能连接两个 环境中现有的钾离子 接着泵蛋白的细胞外侧关闭 源于ATP的附着在转运体上 的磷酸基脱落 这使得一个新的ATP分子 与泵蛋白的细胞内侧联合 泵蛋白内侧打开,使钾离子 进入细胞 让运转体回到最初的形态 再次开始循环

5.11:

初级主动运输

通过葡萄糖转运到细胞中证明细胞如何使用电化学梯度中包含的能量的一个实例。这一过程中至关重要的离子是钠(Na+),它在细胞外的浓度通常高于细胞溶胶。这种浓度的差异部分是由于酶“泵”的作用造成的。内嵌于细胞膜中,能从细胞中积极地排出Na+。重要的是,由于这个泵有助于细胞外带正电荷的Nasup+sup的高浓度,它也有助于使这种环境比细胞内区域“更积极”。结果,Na+的化学和电学梯度都指向细胞内部,并且电化学梯度类似地指向内部。

钠-葡萄糖协同转运

钠-葡萄糖协同转运(SGLTs)利用这种电化学梯度中储存的能量。这些蛋白质主要位于肠或肾细胞的膜中,有助于葡萄糖从这些器官的管腔吸收到血液中。为了发挥作用,一个细胞外葡萄糖分子和两个Na+ 必须与SGLT结合。当 Na+通过转运体迁移到细胞中时,它随着电化学梯度移动,将蛋白质用来在细胞内移动葡萄糖的能量与其化学梯度相反,因为这种糖在细胞内的浓度往往较高。结果是,葡萄糖逆其浓度梯度向上移动,同时Na+ 向下移动其电化学梯度。这是一个二次活性迁移的例子,之所以这样命名是因为所使用的能源本质上是电化学的,而不是三磷酸腺苷(ATP)的主要形式。

针对钠-葡萄糖协同转运(SGLTs)的治疗

鉴于葡萄糖在某些疾病中的作用,科学家们已经开始研究干扰葡萄糖进入细胞的途径。例如,糖尿病的特征是血液中葡萄糖过多,这会导致神经损伤和其它并发症。因此,一些研究人员正在评估糖尿病人和非糖尿病人之间SGLT表达的差异,以及抑制不同的 SGLTs是否有助于治疗该病。另外,由于癌症细胞比正常细胞需要更多的葡萄糖,其他研究者正在研究葡萄糖转运蛋白是否可以成为抗癌治疗的新靶点。

Suggested Reading

Sahoo, Swagatika, Maike K. Aurich, Jon J. Jonsson, and Ines Thiele. “Membrane Transporters in a Human Genome-Scale Metabolic Knowledgebase and Their Implications for Disease.” Frontiers in Physiology 5 (March 11, 2014). [Source]

Yang, Nicole J., and Marlon J. Hinner. “Getting Across the Cell Membrane: An Overview for Small Molecules, Peptides, and Proteins.” Methods in Molecular Biology (Clifton, N.J.) 1266 (2015): 29–53. [Source]