40. The Na+/K+ pump is a critical electrogenic transport protein that uses ATP to actively move ions against their concentration gradients, contributing to the membrane potential of animal cells. This integral protein is synthesized in the Endoplasmic Reticulum (ER) and modified through the Golgi apparatus before insertion into the plasma membrane. The completed pump moves 3 Nat ions out of the cell and 2 K+ ions into the cell. Considering the required sidedness of the plasma membrane, which component of the Na+/K+ pump is exposed to the ER lumen during the initial stages of synthesis?
(A) The segment of the protein that releases the terminal phosphate group derived from ATР.
(B) The region of the protein that initially binds the three Nat ions.
(C) The binding domain that triggers the release of the two K+ ion into the cytoplasm.
(D) The nonpolar a-helical stretches that span the lipid bilayer.
(E) The binding site that has a high affinity for K+ ions when the pump has been phosphorylated.

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統計: A(0), B(0), C(1), D(2), E(1) #3847756

詳解 (共 1 筆)

#7371967

1.鈉K⁺ ATPase(鈉鉀幫浦)是一種位在細胞膜上的膜蛋白。在細胞製造它時,會先在內質網(ER)上合成,並在轉譯過程中直接插入到 ER 的膜中。

 

 

2.鈉鉀pump在插入 ER 膜的當下,其朝向已經在ER被決定:哪些部分面向 ER 腔(lumen),哪些部分面向細胞質,會在此階段固定下來。

 

3. Na⁺/K⁺ ATPase 會經過高基氏體,再被包裝成囊泡運送到細胞膜。在整個運輸路徑中,膜的拓樸關係會被保留,因此鈉鉀的方向不會翻轉。

 

4.ER與細胞外的對應關係 :

因此,原本面向 ER 腔(lumen)的那一側,在最後會對應到細胞外;而原本面向細胞質的那一側,則會一直維持朝向細胞內。

 

Na⁺/K⁺ ATPase功能分區 在功能上,Na⁺/K⁺ ATPase 的細胞質側是 ATP 結合與水解的位置,負責提供能量;而細胞外側則負責釋放 Na⁺到細胞外,並結合 K⁺進入細胞。

 

 

ㅤㅤ題目問在 ER 合成初期,哪一個部分會顯露在 ER lumen(內質網腔)?也就是在問:鈉鉀幫浦的哪一個部分,在最終型態時是面對『細胞外部』的?
ㅤㅤ
正確答案是:(E)
ㅤㅤ
ㅤ因為鈉鉀幫浦需要被磷酸化,開口才會轉向朝外。
磷酸化不是直接吸引 K⁺
而是造成蛋白質構型改變:
E1 → E2
磷酸化的主要作用是改變構型,讓開口朝外,同時讓 pump 從偏好 Na⁺變成偏好 K⁺。翻面伴隨親和力改變。
細胞外 K+ 濃度極低。
​策略:磷酸化驅使幫浦翻轉朝外,對 Na^+ 親和力暴跌(順利丟掉 Na^+),同時把對 K+ 的親和力直接拉滿,這才吸得住外面那稀稀落落的 2 個 K+。
ㅤㅤ
各選項詳細解釋 (A~E)
ㅤㅤ
找出哪一個選項描述的是Na⁺/K⁺ pump 在蛋白本體朝向細胞外的構造
ㅤㅤ
(A) The segment of the protein that releases the terminal phosphate group
derived from ATP. (釋放來自 ATP 末端磷酸基的蛋白質片段)
ㅤㅤ
Na⁺/K⁺ pump 在蛋白本體:跨在細胞膜上(transmembrane protein)而
ATP 主要在:細胞質(cytosol)Na⁺/K⁺ pump 有一個ATP 使用區磷酸基的位置一定在細胞質側 (Cytosolic side), 必須在細胞質那一側
因為ATP 在細胞質幫浦必須在細胞內側結合 ATP 並被磷酸化(以及之後的去磷酸化/釋放磷酸基)。
需要直接碰到 ATP 才能水解
才能讓 pump 變形、搬運 Na⁺/K⁺
ㅤㅤ
  
  ER 狀態: Na⁺/K⁺ pump 有一個ATP 使用區磷酸基的位置是朝向細胞質。 
ㅤㅤ
ㅤㅤ
題目要找 在 ER lumen(細胞外側) 的部位。
因此  (A) 不符合題目要求,
6a05a6027671e.jpg
ㅤㅤ
ㅤㅤ
(B) The region of the protein that initially binds the three Na⁺ ions. (最初結合三個
Na⁺ 的蛋白質區域)
ㅤㅤ
  
ㅤㅤ
ㅤㅤ
ㅤㅤ
  (B) 是:
ㅤㅤ
最初結合 3 個 Na⁺ 的區域
ㅤㅤ
ㅤㅤ
ㅤㅤ
Na⁺/K⁺ pump 的運輸循環中:
ㅤㅤ
E1 state 朝向 cytosol(細胞內)
ㅤㅤ
pump 先從細胞內抓 3 個 Na⁺
ㅤㅤ
再經 ATP 磷酸化後轉成 E2
ㅤㅤ
才把 Na⁺ 釋放到細胞外
ㅤㅤ
所以:
ㅤㅤ
最初結合 Na⁺ 的入口必須朝向 cytosol。
ㅤㅤ
也就是說:
ㅤㅤ
這個區域在成熟細胞膜上面向細胞內
ㅤㅤ
因此在 ER 合成時也會朝向 cytosol
ㅤㅤ
不會暴露在 ER lumen
ㅤㅤ
所以 (B) 不對。
6a061def285c2.jpg
ㅤㅤ
相反地,K⁺ 的結合位點是在 E2 state 時朝向細胞外,也就是選項E
ㅤㅤ
pump 在外側抓 K⁺
ㅤㅤ
外側對應 ER lumen
ㅤㅤ
所以這部分才會暴露在 ER lumen
ㅤㅤ
因此真正符合「ER lumen exposed」邏輯的是和 extracellular-facing 狀態有關的區域,而不是 (B) 這種 cytosol-facing 的 Na⁺ 初始結合區。
ㅤㅤ
ㅤㅤ
題目要找 在 ER lumen(細胞外側) 的部位。
因此 (B) 不符合題目要求,
ㅤㅤ
(C) The binding domain that triggers the release of the two K⁺ ion into the
cytoplasm. (觸發兩個 K⁺ 釋放到細胞質中的結合位點)
ㅤㅤ
ㅤㅤ
Na⁺/K⁺-ATPase 的功能之一,是把 K⁺運進細胞內。
因此 K⁺最後一定會出現在 cytoplasm(細胞內液)中。
所以負責<釋放 K⁺release of the two K⁺ ion into the
cytoplasm>.的那個區域,必須面向 cytoplasm;否則 K⁺就不可能被放進細胞內。
ㅤㅤ
而膜蛋白在 ER 合成時,膜的方向性之後會被保留下來。
也就是說:朝 ER cytosol 的那一面,之後仍然會朝向 cytoplasm;而朝 ER lumen 的那一面,之後則會變成 plasma membrane 的 extracellular side(細胞外側)。
ㅤㅤ
因此,如果某個區域最後是面向 cytoplasm,那它在 ER 中時,就一定是位於 cytosol side,而不會是 ER lumen side。
所以選項 C 不符合題目要求。
ㅤㅤ
ㅤㅤ6a0635810d172.jpg
(D) The nonpolar a-helical stretches that span the lipid bilayer. (橫跨脂質雙層的非極性
α-螺旋片段)
ㅤㅤ
   這是指跨膜區段 (Transmembrane
    domains)。這些非極性胺基酸是埋在細胞膜(脂質雙層)的疏水性核心裡面,既不暴露在細胞質,也不暴露在細胞外
  ER 狀態: 埋在膜中。 


題目要找 在 ER lumen(細胞外側) 的部位。
因此(D) 不符合題目要求
6a063642a2d2a.jpg
ㅤㅤ
(E) The binding site that has a high affinity for K⁺ ions when the pump has been
phosphorylated. (當幫浦被磷酸化時,對 K⁺ 具有高親和力的結合位)
ㅤㅤ
  鈉鉀幫浦的循環:
    1. 幫浦開口朝內,結合 3 個 Na⁺。
    2. ATP 磷酸化幫浦,導致構型改變。
    3. 幫浦開口轉向「朝外」,釋放 Na⁺。
    4. 此時(磷酸化狀態且開口朝外),幫浦對 K⁺ 產生高親和力,從「細胞外」抓取 2 個 K⁺。 因為它是在細胞外抓取
        K⁺,所以這個具有高親和力的結合位必定是朝向細胞外側 (Extracellular
        side),<當 pump 被磷酸化後,Na⁺/K⁺ pump 發生構型改變(翻面),使原本的結合位暴露在細胞外側;此時這個結合位對 K⁺ 具有高親和力,所以可以抓取細胞外的 K⁺。>。
6a06a1740d45a.jpg
ㅤㅤ
ㅤㅤ
  ER 狀態: 因為最終朝向細胞外,所以在 ER 中合成時,它必須朝向 內質網腔 (ER lumen)。 (正確 ✅)
ㅤㅤ
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