1、II型糖尿病患者红细胞膜型糖尿病患者红细胞膜钠钾泵活性研究钠钾泵活性研究 生物医药工程系生物医药工程系 20092009级生物技术专业级生物技术专业第二小组第二小组负责人：高晓航负责人：高晓航小组成员：曹林、庞圆涛、苏志远、赵鹏飞小组成员：曹林、庞圆涛、苏志远、赵鹏飞目目 录录一、一、II型糖尿病概述型糖尿病概述二、钠钾泵概述二、钠钾泵概述三、临床资料三、临床资料四、结果四、结果五、讨论五、讨论六、相关资料六、相关资料一、一、型糖尿病概述型糖尿病概述型糖尿病也叫成人发病型糖尿病，多在型糖尿病也叫成人发病型糖尿病，多在3540岁之后发病，占糖尿病患者岁之后发病，占糖尿病患者90%以上。以上。型糖
2、尿病病友体内产生胰岛素的能力并型糖尿病病友体内产生胰岛素的能力并非完全丧失，有的患者体内胰岛素甚至产生非完全丧失，有的患者体内胰岛素甚至产生过多，但胰岛素的作用效果却大打折扣，因过多，但胰岛素的作用效果却大打折扣，因此患者体内的胰岛素可能处于一种相对缺乏此患者体内的胰岛素可能处于一种相对缺乏的状态。的状态。二、钠钾泵概述二、钠钾泵概述钠钾泵（钠钾泵（sodium potassium pumpsodium potassium pump）又称钠钾帮浦，）又称钠钾帮浦，它会使细胞外的它会使细胞外的NA+NA+浓度高于细胞内，当浓度高于细胞内，当NA+NA+顺着浓度差进顺着浓度差进入细胞时，会经由本体
3、蛋白质的运载体将不易通过细胞膜入细胞时，会经由本体蛋白质的运载体将不易通过细胞膜的物质以共同运输的方式带入细胞。的物质以共同运输的方式带入细胞。钠钾泵（也称钠钾转钠钾泵（也称钠钾转运体），为蛋白质分子，进行钠离子和钾离子之间的交换。运体），为蛋白质分子，进行钠离子和钾离子之间的交换。每当三个钠离子被转运出细胞，就有两个钾离子被转运到每当三个钠离子被转运出细胞，就有两个钾离子被转运到细胞内部。保持膜内高钾膜外高钠的不均匀离子分布细胞内部。保持膜内高钾膜外高钠的不均匀离子分布 。细胞内高钾是许多代谢反应进行的必需条件；防止细细胞内高钾是许多代谢反应进行的必需条件；防止细胞水肿；势能贮备。胞水肿；势
4、能贮备。组成和作用方式组成和作用方式 组成组成 NaK 泵由泵由、两亚基组成。两亚基组成。亚基为分子量约亚基为分子量约 120KD 的跨膜蛋白，既的跨膜蛋白，既有有Na、K 结合位点，又具结合位点，又具 ATP 酶活性，因此酶活性，因此 NaK 泵又称为泵又称为 NaKATP 酶。酶。亚基为小亚基，是分子量约亚基为小亚基，是分子量约 50KD 的糖蛋白。的糖蛋白。一般认为一般认为 NaK 泵首先在膜内侧与细胞内的泵首先在膜内侧与细胞内的 Na 结合，结合，ATP 酶活性被激酶活性被激活后，由活后，由 ATP 水解释放的能量使水解释放的能量使“泵泵”本身构象改变，将本身构象改变，将 Na 输出细
5、胞；与输出细胞；与此同时，此同时，“泵泵”与细胞膜外侧的与细胞膜外侧的 K 结合，发生去磷酸化后构象再次改变，结合，发生去磷酸化后构象再次改变，将将 K 输入细胞内。研究表明，每消耗输入细胞内。研究表明，每消耗 1 个个 ATP 分子，可使细胞内减少分子，可使细胞内减少 3 个个 Na 并增加并增加 2 个个 K。细胞膜钠钾泵作用首先是由细胞膜钠钾泵作用首先是由Hodkin和和Keynes(1955)所发现所发现.1957年年Skou发现了发现了Na+-K+ATP酶并证明其与钠钾泵的作用有关酶并证明其与钠钾泵的作用有关.作用方式作用方式钠钾泵的作用方式可因不同生理条件而异钠钾泵的作用方式可因不
6、同生理条件而异,在红细胞膜中可能有以下几种方在红细胞膜中可能有以下几种方式式:1.正常的作用方式正常的作用方式利用利用ATP的水解与的水解与Na+-K+的跨膜转运相偶联的跨膜转运相偶联.2.泵的反方向作用泵的反方向作用利用利用Na+-K+的跨膜转运来推动的跨膜转运来推动ATP的合成的合成.3.Na+-Na+交换反应可能与交换反应可能与ATP和和ADP交换反应相偶联交换反应相偶联.4.K+-K+交换反应与交换反应与Pi和和H2(18)O的交换反应相偶联的交换反应相偶联.5.依赖依赖ATP水解水解,解偶联使解偶联使Na+排出排出.钠钾泵与疾病钠钾泵与疾病 经科学研究，发现经科学研究，发现NaNa+
7、-K-K+泵在人体的正常代泵在人体的正常代谢中具有非常重要的作用，与一些疾病的发生也谢中具有非常重要的作用，与一些疾病的发生也有着密切的关系。如肝水肿，白内障，囊纤维化，有着密切的关系。如肝水肿，白内障，囊纤维化，癫痫癫痫 ，偏头痛，偏头痛 ，高血压等。另外，最近的研究，高血压等。另外，最近的研究表明表明,Na,Na+-K-K+泵还与屡减仍肥有着千丝万缕的关泵还与屡减仍肥有着千丝万缕的关系。系。在这里，仅就型糖尿病与在这里，仅就型糖尿病与NaNa+-K-K+泵的关泵的关系做一部分研究。系做一部分研究。三、临床资料三、临床资料.病例选择病例选择未治疗的型糖尿病患者例，其中男例，未治疗的型糖尿病患
8、者例，其中男例，女例。年龄岁。按空腹血糖值分为组：女例。年龄岁。按空腹血糖值分为组：（）轻度：空腹血糖（）轻度：空腹血糖.。（）中度：空腹血糖（）中度：空腹血糖.。（）严重：空腹血糖（）严重：空腹血糖 .。空腹及餐后血搪都正常的正常对照例（男例空腹及餐后血搪都正常的正常对照例（男例,女例）。各组间年龄、体重指数（）无明显差女例）。各组间年龄、体重指数（）无明显差异。异。.方法方法（）口服葡萄糖耐量试验（）所有研究对象（）口服葡萄糖耐量试验（）所有研究对象均隔夜空腹均隔夜空腹,次晨点口服葡萄糖次晨点口服葡萄糖,按空腹、餐后按空腹、餐后分钟、分钟、分钟四点取血样分别作血糖、分钟、分钟、分钟四点取血
9、样分别作血糖、胰岛素测定。并计算血糖曲线下面积（）胰岛素测定。并计算血糖曲线下面积（）,胰岛素胰岛素曲线下面积（）。曲线下面积（）。（）（）钠钾泵、钙泵活性测定钠钾泵、钙泵活性测定钠钾泵活性测定钠钾泵活性测定红细胞膜制备：红细胞膜制备：取静脉血加抗凝取静脉血加抗凝,采血后立即用离心分钟采血后立即用离心分钟,红细红细胞用一一生理盐水（胞用一一生理盐水（）等渗液洗涤次）等渗液洗涤次,然后按：的比例向洗净的红细胞中加人预冷然后按：的比例向洗净的红细胞中加人预冷（）的一缓冲液（）的一缓冲液（）,轻轻轻摇动几下后放置于冰箱中分钟轻摇动几下后放置于冰箱中分钟,使红细胞充分溶血使红细胞充分溶血,然后以然后以
10、离心分钟去掉上清液离心分钟去掉上清液,同样条件洗次同样条件洗次,即得红细胞膜。以上操作均在即得红细胞膜。以上操作均在条件下完成。条件下完成。膜蛋白测定（改良法）：膜蛋白测定（改良法）：分光光度仪在波长处测定光吸收分光光度仪在波长处测定光吸收,用牛血清白蛋白作标用牛血清白蛋白作标准。准。离子泵活性测定（改良法）：离子泵活性测定（改良法）：钠钾泵反应体系：含膜蛋白钠钾泵反应体系：含膜蛋白,.,一（）一（）,添加或不添加添加或不添加.哇巴因。哇巴因。反应以加入开始，反应以加入开始，水浴分钟后，加人液（水浴分钟后，加人液（.钼酸按，钼酸按，.孔雀石绿，孔雀石绿，.液），迅速混液），迅速混溶溶,中止酶反
11、应，分钟后加人柠檬酸钠盐，混溶，在室温下放置中止酶反应，分钟后加人柠檬酸钠盐，混溶，在室温下放置分钟后于比色。离子泵活性用分钟后于比色。离子泵活性用蛋白蛋白表表示示.数据处理数据处理全部数据以均数全部数据以均数标准差（标准差（）表示。组间均）表示。组间均数的比较采用检验，并将所有病例（例）的钠钾泵、数的比较采用检验，并将所有病例（例）的钠钾泵、钙泵分别和血糖、胰岛素作直线相关分析。钙泵分别和血糖、胰岛素作直线相关分析。四、结果四、结果型糖尿病和正常对照组钠钾泵、钙泵、胰岛素值型糖尿病和正常对照组钠钾泵、钙泵、胰岛素值比较表明型糖尿病患者钠钾泵、钙泵活性明显降低比较表明型糖尿病患者钠钾泵、钙泵活
12、性明显降低（.）,且型糖尿病患者空腹胰岛素明显升且型糖尿病患者空腹胰岛素明显升高（高（.）,餐后分钟胰岛素明显降低（餐后分钟胰岛素明显降低（.），见表。），见表。型糖尿病轻、中、重三组间比较表明型糖尿病轻、中、重三组间比较表明,轻度患者餐后分轻度患者餐后分钟胰岛素及其明显高于中度、钟胰岛素及其明显高于中度、（.，.）、其餐后分钟、分钟胰岛素及其都高于重度）、其餐后分钟、分钟胰岛素及其都高于重度,值分别为值分别为.,.,.,三组间钠钾泵活性无三组间钠钾泵活性无明显变化明显变化,见表。见表。直线相关分析表明：直线相关分析表明：钠钾泵和血糖呈负相关（钠钾泵和血糖呈负相关（.、.；.、.）,钠钾泵、钙
13、泵和胰岛素间都钠钾泵、钙泵和胰岛素间都不存在明显相关性。不存在明显相关性。五、讨论五、讨论 1.1.钠钾泵活性降低可能引起肌醉代谢失常而导致神经病变，钠钾泵活性降低可能引起肌醉代谢失常而导致神经病变，红细胞膜钙泵活性下降引起红细胞红细胞膜钙泵活性下降引起红细胞 内钙离子增多内钙离子增多,其变形其变形能力将下降能力将下降在血管平衬矶细饱钠钾泵、钙泵活性下降使在血管平衬矶细饱钠钾泵、钙泵活性下降使细胞内钠及钾或钙含量增加细胞内钠及钾或钙含量增加,这样平滑肌细胞对血管收缩这样平滑肌细胞对血管收缩物质的反应性及其紧张性亦都增加物质的反应性及其紧张性亦都增加,就可导致高血压就可导致高血压 。2.2.本实
14、验研究表明本实验研究表明 IIII型糖尿病患者钠钾泵钙泵活性明显型糖尿病患者钠钾泵钙泵活性明显降低降低,且两者都和血糖呈负相关且两者都和血糖呈负相关,说明高血糖对红细胞膜钠说明高血糖对红细胞膜钠钾泵、钙泵活性有影响钾泵、钙泵活性有影响,其机理可能是其机理可能是 高糖环境使红细胞高糖环境使红细胞膜蛋白过度糖基化膜蛋白过度糖基化,使其结构和功能改变使其结构和功能改变,也可使红细胞膜也可使红细胞膜的磷脂层成份和性、流动性物理性状改变的磷脂层成份和性、流动性物理性状改变,从而使离子泵从而使离子泵活性下降。活性下降。六、相关资料六、相关资料1 1 白内障与白内障与Na+-K+Na+-K+泵泵白内障的病因
15、较为复杂，白内障的病因较为复杂，可能是环境可能是环境，营养营养，代谢和遗传等多种因素代谢和遗传等多种因素。对对晶状体长期综合作用的结果晶状体长期综合作用的结果。一般认为一般认为，氧化损伤引起白内障的最早期变化氧化损伤引起白内障的最早期变化。氧化作用会损伤晶状体细胞膜氧化作用会损伤晶状体细胞膜，使维持细胞内正常代钠和高钾离子浓度的使维持细胞内正常代钠和高钾离子浓度的Na+-K-ATPNa+-K-ATP酶泵功能明显改变，酶泵功能明显改变，对钠离子的通透性增加对钠离子的通透性增加，使晶状体内的钠离使晶状体内的钠离子增加子增加，导致水的流失导致水的流失，开始了皮质性白内障的过程开始了皮质性白内障的过程
16、。2 2 高血压与高血压与Na+-K+Na+-K+泵泵据报道，据报道，高血压患者及有高血压家族史而血压正常者有跨膜电解质转运紊高血压患者及有高血压家族史而血压正常者有跨膜电解质转运紊乱乱，其血清中有一种激素样物质其血清中有一种激素样物质，可抑制可抑制Na+/K+-ATPNa+/K+-ATP酶活性，酶活性，以致钠钾泵功以致钠钾泵功能降低能降低，导致细胞内导致细胞内Na+Na+，Ca2+Ca2+浓度增加，浓度增加，动脉壁动脉壁SMCSMC收缩加强，收缩加强，肾上腺素能肾上腺素能受体受体(adrenergic receptor)(adrenergic receptor)密度增加，密度增加，血管反应性
17、加强血管反应性加强。这些都有助于动这些都有助于动脉血压升高脉血压升高。近来研究发现近来研究发现，血管紧张素血管紧张素(AGT)(AGT)基因可能有基因可能有1515种缺陷，种缺陷，正常正常血压的人偶见缺陷血压的人偶见缺陷，而高血压患者在而高血压患者在AGTAGT基因上的基因上的3 3个特定部位均有相同的变个特定部位均有相同的变异。异。患高血压的兄弟或姐妹可获得父母的患高血压的兄弟或姐妹可获得父母的AGTAGT基因的同一拷贝。基因的同一拷贝。有这种遗传缺有这种遗传缺陷的高血压患者陷的高血压患者，其血浆血管紧张素原水平高于对照组其血浆血管紧张素原水平高于对照组。3 3 屡减仍肥与屡减仍肥与Na+-
18、K+Na+-K+泵泵 新近发现，新近发现，有些肥胖者虽然坚持节食有些肥胖者虽然坚持节食，活动量也不小活动量也不小，但仍然减肥不了。，但仍然减肥不了。这种肥胖的根本原因是因为人体中褐色脂肪组织的产热功能发生了故障，这种肥胖的根本原因是因为人体中褐色脂肪组织的产热功能发生了故障，无无法正常产热法正常产热，不能消耗能源脂肪不能消耗能源脂肪。这主要是镶嵌在竭色脂肪细胞膜上的一种这主要是镶嵌在竭色脂肪细胞膜上的一种被称为钠钾三磷酸腺苷酶的被称为钠钾三磷酸腺苷酶的“转移泵转移泵”运转慢了，运转慢了，由于由于“泵机泵机”转运减速，转运减速，以燃烧脂肪为主的产热机器便无法正常运行以燃烧脂肪为主的产热机器便无法正常运行，使人的基础体温降低使人的基础体温降低，机体耗机体耗能也减少能也减少。这种人好像处于一种亚冬眠的低能耗状态这种人好像处于一种亚冬眠的低能耗状态，能量消耗少能量消耗少，人也就人也就瘦不了瘦不了。谢谢！
