質子泵

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質子泵是是指全國科學技術名詞審定委員會公布的科技名詞。

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目錄

名詞解釋

質子泵，是指生物膜上逆膜兩側氫離子電化學勢差主動運輸氫離子的蛋白質。質子泵在泵出氫離子時造成膜兩側的pH梯度和電位梯度。質子泵維持的電位差為陽離子跨原生質膜的運輸提供了驅動力，而原生質膜上的載體則控制着陽離子運輸的速率和選擇性。質子泵引起的質子濃度梯度也為質子與陰離子的協同跨膜運輸提供了驅動力。通過細胞化學技術和電子顯微技術，在植物原生質膜上已經發現ATP酶不均勻地分布在細胞膜、內質網和線粒體膜系統上。

存在於生物膜，是一種逆着膜兩側H 的電化學勢差（△μH+ ）而主動地運輸H+的膜蛋白。狹義地是指分解ATP而運輸H+，或利用H 流出的能量而合成ATP的H+- ATPase，H+- ATPase存在於線粒體及葉綠體中，為活體取得能量的主要手段。廣義地也包括將光能直接轉變成運輸質子能量的細菌視紫紅質，以及通過電子傳遞的能量運輸質子的細胞色素C氧化酶和NADH－NADP轉氫酶等。

可逆性ATP酶，能在外能驅動下逆濃差轉運H+。線粒體內膜呼吸鏈中有三個酶複合體具有質子泵功能，能將H+由內腔轉運到外腔，它們是：細胞色素c氧化酶、輔酶QH2-細胞色素c還原酶、NADH-輔酶Q還原酶。細菌的的質膜上普遍有質子泵，有的伴有呼吸鏈組分。嗜鹽菌膜上的菌紫質（bacteriorhodopsin）受光照驅動，可將H+運入菌體內濃集。

作用機制

電子傳遞導致複合體的構象變化。質子的轉移是氨基酸側鏈pK值變化產生影響的結果。構象變化造成氨基酸側鏈pK值的改變，結果發揮質子泵作用的側鏈暴露在外並交替地暴露在線粒體內膜的內側或外側，從而使質子發生移位。這種系統即認為是質子泵的機制。

分類

質子泵有四類：P-type、V-type [3]、F-type和ABC superfamily。

P型質子泵

分布：真核生物的細胞膜

特點：轉運H+過程涉及磷酸化和去磷酸化

載體蛋白利用ATP使自身磷酸化（phosphorylation），發生構象的改變來轉移質子或其它離子，如植物細胞膜上的H+泵，動物細胞的Na+-K+泵，Ca2+離子泵，H+-K+ATP酶（位於胃表皮細胞，分泌胃酸）。

V型質子泵

分布：位於小泡的膜上（動物細胞溶酶體膜，動物細胞的內吞體，高爾基體的囊泡膜，植物液泡膜）。

特點：水解ATP產生能量，但不發生自磷酸化。

共同的功能：保持細胞質基質內中性pH和細胞器內的酸性pH

F型質子泵

分布：線粒體膜和植物內膜

是由許多亞基構成的管狀結構，H+沿濃度梯度運動，所釋放的能量與ATP合成耦聯起來，所以也叫ATP合酶（ATP synthase），F是氧化磷酸化或光合磷酸化偶聯因子（factor）的縮寫。F型質子泵位於細菌質膜，線粒體內膜和葉綠體的類囊體膜上，其詳細結構將在線粒體與葉綠體一章講解。F型質子泵不僅可以利用質子動力勢將ADP轉化成ATP，也可以利用水解ATP釋放的能量轉移質子。

ABC超家族

分布：原核和真核生物的細胞質膜

該超家族含有幾百種不同的轉運蛋白，是最大的一類轉運蛋白。每種ABC轉運蛋白對於底物或底物的基團有特異性。

抑制劑

人的胃壁上有刺激h+分泌的h2受體和專門運輸h+的質子泵，它們各司其職，分泌充足的胃酸以促進食物的消化。但由於胃酸的分泌還受到神經、內分泌等因素的影響，因此胃酸的分泌常會失常，在胃內沒有食物的情況下，過量的胃酸分泌使胃一直處於酸性環境中，長此以往，易引發胃黏膜潰瘍、糜爛，甚至胃出血。胃酸反流使與胃相毗鄰的食管也難逃厄運，引起以燒心感為主要症狀的胃食管反流病（gerd）。消化性潰瘍和胃食管反流病都屬於胃酸相關疾病。治療與胃酸相關疾病的藥物很多。較早使用的抑酸劑是h2受體拮抗劑（h2ras），如西米替丁、雷尼替丁、法莫替丁等。這些在20世紀80年代普及的藥物，在當時被認為可以提供安全、有效的抑酸作用，然而不久就發現，由於影響h2受體的因素較多，患者個體的差異性較大，在用h2受體拮抗劑治療消化性潰瘍時易出現泌酸反跳現象和耐受性不佳等問題。到20世紀90年代，科學家將研究重點集中到了質子泵抑制劑（ppi）上。ppi的優勢在於它能夠更直接地抑制胃酸分泌的最終環節，療效顯著優於其他抑酸劑，同時解決了耐受性等諸多問題。