Na+/K+ ATPase

Na⁺/K⁺ ATPase（钠钾ATP酶），通称为钠钾泵 (Sodium-Potassium Pump)，是一种广泛存在于所有动物细胞膜上的 P-型 ATPase。它被誉为动物细胞的“生命引擎”，承担着维持细胞生存最基础的生理功能。通过消耗 1 分子的 ATP，该泵能逆浓度梯度将 3个 Na⁺ 泵出细胞，同时将 2个 K⁺ 泵入细胞。这种不对称的离子运输不仅维持了细胞内的高钾低钠环境，还建立了跨膜电化学梯度（静息电位）和渗透平衡，其消耗的能量约占人体基础代谢率的 20%~40%（在大脑中甚至高达 70%）。

Na⁺/K⁺ ATPase

Sodium-Potassium Pump (点击展开)

消耗 ATP 建立离子梯度

生化特性
酶学分类	P-型 ATPase (IIc类)
化学计量	3 Na+(出) : 2 K+(入)
能量消耗	1 ATP / 循环
亚基组成	α (催化), β, γ (FXYD)
临床药理
特异性抑制剂	乌本苷, 地高辛
相关药物	强心苷类
生理后果	静息电位, 渗透压

分子机制：Post-Albers 循环

钠钾泵的工作原理被称为“乒乓机制”，其核心在于酶蛋白在两种构象（E1 和 E2）之间交替转换，这种转换是由 磷酸化 和 去磷酸化 驱动的。

1. E1 态（结合 Na⁺）： 泵开口朝向胞内，对 Na⁺ 亲和力极高。结合 3 个 Na⁺ 和 1 个 ATP。
2. 磷酸化 (P)： ATP 末端磷酸基团转移到 $\alpha$-亚基的天冬氨酸残基上，形成高能磷酸键 (E1-P)。这一步封锁了内侧开口。
3. 构象翻转 (E1→E2)： 磷酸化触发构象剧变，开口转向胞外，Na⁺ 亲和力骤降，3 个 Na⁺ 被释放到胞外。
4. E2 态（结合 K⁺）： 此时泵对 K⁺ 亲和力高，结合胞外的 2 个 K⁺。
5. 去磷酸化： K⁺ 的结合诱导去磷酸化，泵恢复到 E1 态。
6. K⁺ 释放： ATP 重新结合，促进 K⁺ 在胞内释放，准备下一轮循环。

三大生理功能

功能	详细描述
维持静息电位	生电性 (Electrogenic)： 每转运一轮，移出 3 个阳离子，移入 2 个阳离子，净损失 1 个正电荷。这直接贡献了膜电位的形成（约 -5mV），并维持了 K+ 泄漏所需的浓度梯度，最终维持细胞约 -70mV 的 静息电位。
调节细胞体积	细胞内含有大量带负电的大分子（蛋白、DNA），倾向于吸引阳离子和水（Donnan 效应）。钠钾泵不断将 Na+ 泵出，抵消了渗透压，防止细胞吸水涨破。 注：如果抑制钠钾泵，细胞会肿胀并坏死。
驱动次级运输	建立的陡峭 Na+ 梯度（胞外 145mM vs 胞内 12mM）像蓄电池一样储存能量，驱动葡萄糖 (SGLT)、氨基酸的吸收以及 Ca2+ (NCX) 和 H+ (NHE) 的排出。

药理学：强心苷的作用靶点

强心苷（如地高辛 Digoxin、乌本苷 Ouabain）是 Na⁺/K⁺ 泵的特异性抑制剂。它们结合在泵的细胞外侧，将其锁定在 E2-P 状态，阻止 K⁺ 的结合和去磷酸化。

       治疗心力衰竭的机制：

抑制 Na⁺/K⁺ 泵 → 胞内 [Na⁺] 升高 → 减弱 NCX (Na⁺/Ca²⁺ 交换体) 的功能（因为 NCX 依赖 Na⁺ 梯度排钙） → 胞内 [Ca²⁺] 升高 → 心肌收缩力增强（正性肌力作用）。

       学术参考文献 [Academic Review]
       

[1] Skou JC. (1957). The influence of some cations on an adenosine triphosphatase from peripheral nerves. Biochimica et Biophysica Acta.
[点评]：Jens Christian Skou 因发现该酶（第一种被发现的离子泵）而获得 1997 年诺贝尔化学奖。

[2] Post RL, et al. (1960). Membrane adenosine triphosphatase as a participant in the active transport of sodium and potassium in the human erythrocyte. J Biol Chem.
[点评]：确立了 3Na:2K 的化学计量比和磷酸化中间体的存在，提出了著名的 Post-Albers 循环模型。

[3] Morth JP, et al. (2007). Crystal structure of the sodium-potassium pump. Nature.
[点评]：解析了猪肾 Na⁺/K⁺ ATPase 的高分辨率晶体结构，揭示了强心苷结合位点的分子细节。

           细胞能量学与运输 · 知识图谱

上级归属	初级主动运输 • P-型 ATPase
驱动下游	SGLT (葡萄糖吸收) • NCX (排钙) • 动作电位复极化
相关药物	地高辛 (强心) • 螺内酯 (保钾利尿)