Na^+/HCO_3^-共转运体的电生理学原理北大核心CSCD

离子通道或离子转运体介导的离子跨膜运输是细胞中两种重要的离子跨膜运输方式。与离子通道介导的被动运输不同,离子转运体介导的离子跨膜转运是一种主动运输方式,具有多种独特的生物学特性。本文以Na^+/HCO_3^-共转运体(Na^+/HCO_3^-cotransporter,NBC)为例,对离子转运体的物理化学和电生理学基本原理及其特性进行分析与介绍。从本质上说,离子转运体是一种酶,本文首先从酶促反应的角度,对NBC介导的离子跨膜运输过程进行分析,介绍了离子转运体的化学计量比、表征离子转运效率的转换数及与此相关的离子转运体的运输通量等。本文进一步从热力学的角度对NBC介导Na^+和HCO_3^-跨膜运输的电生理学原理进行了较为详细的分析。通过热力学分析,本文阐释了NBC依据化学计量比决定其离子转运方向的原理。最后,本文对NBC化学计量比的实验测定和化学计量比的生理学意义,即NBC不同工作模式与其在特定组织中的具体生理学过程的关系,进行了讨论。     

近端肾小管碳酸氢根重吸收的分子机制及代谢性酸中毒

肾脏的HCO3-重吸收功能对于维持机体的酸碱平衡具有非常重要的意义,HCO3-重吸收障碍会导致代谢性酸中毒。近端肾小管是HCO3-重吸收最主要的部位,约80%的HCO3-在这里被回收至血液中。经过半个多世纪的研究,人们已经对近端肾小管跨上皮细胞的HCO3-转运过程的分子机制有了比较深入的了解。这个过程涉及到上皮细胞的顶端膜与基底侧膜一系列离子转运体的协同作用。在近端肾小管顶端膜,钠氢交换体NHE3和V型质子泵是介导HCO3-重吸收的两个重要途径。其中NHE3负责约50%,V型质子泵约30%,另外20%由其它途径介导。在基底侧膜,Na+/HCO3-共转运体NBCe1负责将HCO3-转运至组织间隙,完成跨上皮细胞运输过程。在本文中,我们梳理了过去半个世纪关于近端肾小管的HCO3-重吸收分子机制研究的历史脉络,重点阐述了最近十来年相关研究的最新进展,深入讨论近端肾小管上皮细胞中酸碱离子转运体的生理学及病理学作用,并就存在的问题进行探讨与展望。     

溶酶体膜上的离子通道

溶酶体是真核细胞中广泛存在的一种囊泡状细胞器,其内部含有多种酸性水解酶,是细胞降解生物大分子的主要位点.在溶酶体膜上也存在多种不同类型的蛋白质,包括离子通道、转运体、结构蛋白、酶等,其中离子通道蛋白由于他们在溶酶体离子动态平衡和跨膜转运、溶酶体膜电位和pH以及细胞营养代谢水平的调控中的重要作用,受到越来越多的关注,多种溶酶体离子通道也被相继鉴定出来.本文简要综述了近年来关于不同类型溶酶体膜离子通道蛋白的研究工作,阐述这些离子通道的特性、功能调控和在溶酶体生理活动中的作用.     

蟾蜍卵母细胞的Na~+/H~+交换

应用pH选择性徽电极和普通檄电极测量了蟾蜍卵母细胞内的pH值(pHi)。当用含NH_4~+而不含HCO_3~-的溶液培灌卵母细胞时,pHi逐渐下降,在停止培灌后,pHi恢复到对照值。这个pHi恢复过程是一个H~+的主动转运,用胆碱离子取代培灌液中的Na~+可以抑制pHi的恢复,这种抑制作用是可逆的。伴随着细胞内pH值的恢复,细胞内Na~+活度(Na_1~+)呈现暂时性增加,而细胞内Cl-活度(Cl_1~+)不变或稍有增加。实验结果提示在蟾蜍卵母细胞膜上存在着Na~+/H~+的交换。     

盐爪爪Na^＋/H^＋逆向转运蛋白和焦磷酸酶的亚细胞定位

将盐爪爪Na+/H+逆向转运蛋白基因(KfNHX1)和焦磷酸酶基因(KfVP1)分别构建至植物表达载体,利用基因枪介导的方法转化洋葱表皮细胞,通过荧光显微镜观察研究其亚细胞定位.结果表明,转化了KfNHX1(或KfVP1)-GFP融合蛋白的洋葱表皮细胞仅膜系统散发荧光,而对照组即未转入KfNHX1(或KfVP1)基因的细胞则整体均匀发出荧光.说明KfNHX1和KfVP1可能定位于细胞的膜系统,作为跨膜转运蛋白在离子的调控运输中发挥重要作用.     

稀土离子(La~(3+)、Nd~(3+)、Ho~(3+)、Yb~(3+))对人红细胞膜Na~+/K~+ ATPase作用的初步研究

本文以低渗法从新鲜健康人红细胞中制得膜Na~+/K~+ ATPase,用于研究四种鑭系稀土离子(La~(3+)、Nd~(3+)、Ho~(3+)、Yb~(3+))对该酶的影响。结果表明,四种鑭系离子都对红细胞膜Na~+/K~+ ATPase的活性有抑制作用。当反应体系中的稀土离子浓度达50μmol/L时,Na~+/K~+ ATPase的活性所剩不多;低于50μmol/L鑭系离子时,以Nd~(3+)的抑制作用最强;金属离子螯合剂能阻止稀土离子对Na~+/K~+ ATPase的抑制作用。此项研究为稀土的生物效应的理论提供了一些新的证据。     

关于物质跨膜转运方式的分类

国内不少生理学教材（包括有的国家级规划教材）把物质的跨膜转运方式分为单纯扩散、易化扩散、主动转运和出胞与入胞四种,又将易化扩散分为由通道介导的易化扩散和由载体介导的易化扩散两类。虽然笔者早在2000年就指出,把物质通过通道扩散（转运）包括在易化扩散之中不妥,因为易化扩散（转运）需要载体（carder）或转运体（transporter）蛋白（不是通道蛋白）的帮助,因此又称为载体介导的扩散（carrier-mediated diffusion）,或载体介导的转运（carrier-mediated transport）。本文再较详细谈谈此问题。     

不同淋洗水量下胶州湾养殖池塘土壤盐分淋洗规律

针对养殖池塘严重盐渍化现象,为确保土地资源和水资源的有效利用,通过室内土柱试验探讨不同淋洗水量下胶州湾养殖池塘土壤盐分淋洗规律,并确定最佳用水量。结果表明:随着淋洗水量的增加,土壤及其淋滤液的含盐量均以指数形式下降,为兼顾淋洗效果和节约用水,接近1:1的水土比可以达到较好的改良效果;在脱盐过程中,土壤中Ca~(2+)、Mg~(2+)、K~+、Na~+、Cl~-含量均呈下降趋势,SO_4~(2-)含量呈先上升后下降的趋势,CO_3~(2-)、HCO_3~-含量呈上升趋势;淋滤液中各盐离子浓度与土壤各盐离子变化规律类似;土壤各盐离子脱盐率大小大致表现为Cl~-Na~+K~+Ca~(2+)Mg~(2+)SO_4~(2-)HCO_3~-;随着淋洗水量的增加,土壤中离子组成由原来的Cl~-和Na~+为主先转变为以Na~+、K~+和SO_4~(2-)为主,最后转变为Na~+、HCO_3~-和K~+为主。土壤脱盐过程伴随着土壤碱化现象,因此需要对盐渍土脱盐过程中的碱化现象进行进一步研究。     

植物水孔蛋白的功能

水孔蛋白是由多基因编码的介导水分快速跨膜转运的膜内在蛋白。植物水孔蛋白分为4类,具有多功能性,包括介导水分的快速跨膜转运,参与气孔运动,参与叶肉内CO_2的运输,调节植物对中性分子(甘油、NH_3、尿素)和营养元素(硼、硅)的吸收,参与植物体内的氧化应激及信号的跨膜转导等。     

胰岛素对蟾蜍卵母细胞膜电位及电解质的影响

应用普通玻璃微电极和离子选择性微电极,对正常及经过胰岛素处理的中华大蟾蜍卵母细胞膜电位、细胞内Na~+、K~+、Cl~-、H~+等活度及膜对Na~+、K~+的转运系数进行了测定。结果表明,胰岛素在促进蟾蜍卵母细胞发育成熟同时,具有使膜电位降低、细胞内Na~+、Cl~-活度增加、K~+、H~+活度减少及K~+转运系数降低等作用。胰岛素的上述作用可能与膜的通透性改变及膜上钠泵活性和Na~+/H~+交换的改变有关。     

跨膜离子转运蛋白与植物耐盐的分子生物学

植物抵御盐害的主要方式是增加Na 的外排、减少Na 的吸入和Na 的区隔化,而Na 的跨膜运输主要由质膜和液泡膜上的离子转运蛋白完成。对质膜和液泡膜跨膜离子转运蛋白包括K /Na 离子转运蛋白,Na /H 逆向转运蛋白以及液泡膜H -PPase的分子生物学研究及应用进展进行了综述。     

拟南芥内膜Na+,K+/H+反向转运体研究进展

拟南芥内膜Na,K~+/H~+反向转运体(Endosomal NHX)的亚细胞定位、离子转运特性及生物学功能阐释取得了重要进展。拟南芥内膜Na~+,K~+/H~+反向转运体包含AtNHX5和AtNHX6两个成员,它们的氨基酸序列相似性为78.7%。研究表明,AtNHX5和AtNHX6具有功能冗余,它们都定位在高尔基体(Golgi)、反面高尔基体管网状结构(TGN)、内质网(ER)和液胞前体(PVC),参与调控耐盐胁迫、pH平衡和K~+平衡等。有报道显示内膜NHXs跨膜结构域存在能够调控自身离子活性的酸性保守氨基酸残基,对其自身功能具有决定性作用。最新研究结果表明,拟南芥内膜NHXs影响囊泡运输和蛋白存贮,并参与生长素介导的植物生长和发育。文中主要对拟南芥内膜NHXs的亚细胞定位、离子转运、功能及应用进展进行了概述。     

植物钾营养高效与膜转运系统的关系(英)

HKT1和HAK1等转运子介导钾离子的高亲和吸收以及K+/Na+共运转,从而可能增强Na+替代K+的能力;KAT1和KST1等离子通道介导钾离子的累积和转运,从而调节气孔细胞的渗透压,控制气孔运动。阐述了植物生物膜上离子转运机制和钾营养高效机理的某种可能的关系。这些转运子和通道的高效表达可能与植物钾营养高效有很大的相关性。     

慢液泡通道简介

液泡作为离子的储存库,对植物基本生理功能的发挥起着重要的作用。离子通道是许多离子跨液泡膜转运的途径,液泡膜上存在两种重要的离子通道：快液泡通道和慢液泡通道。该介绍慢液泡通道的特征、金属离子以及小分子对慢液泡通道的调节作用,并简单介绍SV通道的生理功能。     

氯通道膜蛋白内部Cl-/H+耦合转运机制研究进展

氯通道是细胞膜上一类离子选择性跨膜蛋白,其功能是调节细胞内部溶液pH、细胞容积、盐类离子转运以及细胞电兴奋性。按照离子输运方式的差异,氯通道膜蛋白可分为氯离子通道和Cl^-/H⁺转运体两类,其中Cl^-/H⁺转运体内部的离子转运过程具有显著耦合性,且该过程需要借助水分子参与。本文针对Cl^-/H⁺耦合转运微观机制研究进行总结及展望,为氯通道实验研究、临床疾病诊治和新药研发提供理论依据。     

拟南芥NHX5和NHX6:离子平衡与蛋白质运输

拟南芥(Arabidopsis thaliana)AtNHX5和AtNHX6离子转运特性和生物功能的研究取得了重要进展.AtNHX5和AtNHX6属于内膜Na~+,K~+/H~+反向交换体(NHX),定位于高尔基(Golgi),反面高尔基网(TGN)和多胞体/液胞前体(MVB/PVC).研究表明,AtNHX5和AtNHX6在调控细胞Na~+,K~+和pH平衡以及耐盐胁迫和钾营养等方面起着重要的作用.AtNHX5和AtNHX6跨膜结构域存在保守的酸性氨基酸残基;这些保守的酸性氨基酸残基调控着AtNHX5和AtNHX6的离子转运活性,从而调节植物的生长发育.最近研究发现,AtNHX5和AtNHX6调控着蛋白质向液胞的运输过程.并且发现,AtNHX5和AtNHX6在许多环节上调控着蛋白质的运输过程:AtNHX5和AtNHX6可能调控着液胞分选受体(VSR)与运输物的结合、VSR的循环运输过程以及SNARE复合物的亚细胞定位3个不同的细胞过程.本文将结合本研究组近年的研究工作,综述目前关于AtNHX5和AtNHX6的离子转运特性和生物功能方面的研究进展.     

7种植物K+/H+逆向转运蛋白的生物信息学分析

K+/H+逆向转运是普遍存在于几乎所有生物体内的重要离子平衡机制之一.该机制主要由多基因家族KEA (K efflux antiporter)介导.然而,长期以来对KEA的功能特征和生理意义的认识,除了在大肠杆菌中有零星的报道之外,绝大部分尚为空白.本文通过生物信息学分析,比较了7个植物物种KEA的同源和进化关系,发现KEA家族中的部分成员在物种进化过程中具有极高的保守性.以模式植物拟南芥为例,进一步研究了KEA的蛋白质跨膜结构、关键结构域和亚细胞定位预测等.结果表明,AtKEA大多具有10～12个跨膜结构,是典型的膜蛋白,在跨膜区的N端有多个丝氨酸磷酸化调控位点;都含有K+/H+交换结构域和相应的调控域,推测其能够介导K+/H+交换.基因芯片研究表明,AtKEA在根、茎、叶、花和荚果等不同组织器官的表达丰度不同,表明KEA基因家族各成员的生理功能具有时空分异性.上述结果可为进一步深入研究植物K+/H+逆向转运系统的功能提供借鉴.     

植物体内蔗糖转运蛋白的功能和调控

蔗糖转运蛋白（sucrose transporter,SUT）负责蔗糖的跨膜运输,在韧皮部介导的源-库蔗糖运输和为库组织供应蔗糖的生理活动中起关键作用。本文介绍植物体内蔗糖转运蛋白基因家族、细胞定位与功能调节以及高等植物的蔗糖感受机制的研究进展。     

红细胞膜对NO_2~-通透性的研究

本文采用NO_2~-快速测量红细胞膜对阴离子的通透特性.NO_2~-跨膜运输进红细胞内后,和血红蛋白相互作用,使后者变为高铁血红蛋白,改变了红细胞内血红蛋白的吸收光谱,进而影响细胞悬浮液的光学特性.据此,测量加入NO_2~-后红细胞悬浮液在特定波长处光密度的时间变化,即能追踪阴离子跨膜运输的动态过程.红细胞膜阴离子运输专一性抑制剂DIDS能抑制约70%的NO_2~-跨膜运输.在15-38℃温度范围检测了NO_2~-跨膜通透速率的温度特性,给出活化能为60KJ·mol~(-1).     

乳腺癌耐药蛋白介导多重耐药机制及其逆转

近年发现的乳腺癌耐药蛋白属于ATP结合框转运体家族中的G亚家族,是主要的介导肿瘤细胞多药耐药机制的跨膜转运蛋白之一,在临床抗肿瘤治疗中具有重要的意义。本文综述了乳腺癌耐药蛋白的结构特点、表达特征,及其介导的肿瘤细胞多重耐药机制与逆转等方面的研究进展,并展望了今后的研究方向。