主动运输是一种关键的生物过程,可使细胞能够逆电化学梯度移动溶质。该过程需要直接的能量输入,其特点是具有选择性、饱和性和易受竞争性抑制。
初级主动转运蛋白,如 Na^+、K^+ 和 -ATPase,直接利用 ATP 将离子跨膜转运。这些转运蛋白在各种生理过程中发挥着重要作用。例如,Na^+、K^+ 和 -ATPase 维持细胞离子稳态,是治疗心力衰竭的药物地高辛的作用靶标。地高辛抑制心脏细胞中的 Na^+/K^+ -ATPase 泵,导致细胞内钠离子浓度升高。这反过来又增强了心肌中的钙离子利用率并改善了收缩力,有助于控制心力衰竭。另一组初级主动转运蛋白是ABC家族,水解ATP以将底物跨膜输出,如激素和药物。P-糖蛋白 (P-gp) 是 ABC 家族的一员,它通过将口服药物排入到胃肠道腔内来限制口服药物的吸收。
次级主动转运蛋白是 SLC 超家族的一部分,它利用由初级主动转运蛋白(如 Na^+/K^+ 泵)建立的储存电化学能(通常是 Na+ 梯度)跨膜转移溶质。Na^+-Ca^2+ 交换蛋白 (SLC8) 是一种反向转运蛋白,它利用 Na^+ 的内流来驱动 Ca^2+ 的外流,从而维持较低的基础细胞溶质 Ca^2+ 水平。其他 SLC 转运蛋白是同向转运蛋白,其中驱动力离子和溶质朝同一方向移动。例如,由 Na^+ 梯度驱动的 CNT1 转运蛋白将嘧啶核苷和特定化疗药物转移到细胞中。DAT、NET 和 SERT 同向转运蛋白还协调 Na^+ 和神经递质(如多巴胺、去甲肾上腺素和血清素)朝同一方向移动。这些转运蛋白作为抑郁症治疗中 CNS 活性药物的靶点具有临床意义。
总之,主动运输通过一级和二级机制在维持细胞功能、药物运输和治疗应用中发挥着至关重要的作用。
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