能量運輸的關鍵-ATP酶與GTP酶

ATP與ATP酶：

ATP酶，又稱為三磷酸腺苷酶，是一類能將三磷酸腺苷（ATP）催化水解為二磷酸腺苷（ADP）和磷酸根離子的酶，這是一個釋放能量的反應。在大多數情況下，能量可以通過傳遞而被用于驅動另一個需要能量的化學反應。這一過程被所有已知的生命形式廣泛利用。

部分ATP酶是內在膜蛋白（Integral membrane protein），可以錨定在生物膜上，并可以在膜上移動；這些ATP酶又被稱為跨膜ATP酶�？缒�ATP酶可以為細胞輸入許多新陳代謝所需的物質并輸出毒物、代謝廢物以及其他可能阻礙細胞進程的物質。例如，鈉鉀ATP酶（又稱為鈉／鉀離子ATP酶）能夠調節(jié)細胞內鈉／鉀離子的濃度，從而保持細胞的靜息電位；氫鉀ATP酶（又稱為氫／鉀離子ATP酶或胃質子泵）可以使胃內保持酸化環(huán)境。

具有ATP酶活性的蛋白有：

①離子泵：鈉鉀泵，質子泵，鈣泵等

②肌球蛋白——橫橋

③軸漿運輸中的驅動蛋白（順向）和動力蛋白（逆向）

GTP和GTP酶：

鳥苷-5'-三磷酸，（GTP），是一類嘌呤類核苷三磷酸，它可以在DNA復制期間的DNA轉錄過程中作為RNA生物合成的底物。它的結構與含氮堿基鳥嘌呤相似，唯一的不同是GTP連有一個核糖基團以及三個磷酸基團，其中，鳥嘌呤與核糖基團的1位碳相連，磷酸基團與核糖基團的5位碳相連。

另外，GTP還能在生物體代謝過程中作能量源或底物活化劑，這一點和ATP（三磷酸腺苷）相似，不過，它的專一性較強，GTP一般在蛋白質生物合成以及糖異生過程中作能量源。

GTP在信號轉導過程中起不可或缺的作用，特別是和G蛋白作用時以及在第二信使機制中，在GTP酶的催化作用下，GTP會轉化為GDP（二磷酸鳥苷）。

GTP主要在以下幾個生物過程中起著重要作用：

能量轉化

GTP參與細胞中的能量轉化過程，比如，在三羧酸循環(huán)中，一種酶能產出GTP分子。這也相當于產生了一分子的ATP，因為GTP能被核苷二磷酸激酶（NDK）轉化為ATP分子。

基因轉譯

在轉譯過程中，GTP作為氨酰tRNA與核糖體A位點結合、核糖體在mRNA上自5'端向3'端轉位等過程的能量源。

微管聚合及解聚

在微管聚合過程中，每一個異質二聚體都由攜帶兩分子GTP的α-tubulin和β-tubulin分子組成。這些分子攜帶的GTP會在二聚體加到延伸中的微管正端時水解。上述GTP水解對微管生成并不是必須的，但似乎只有與GDP結合的微管蛋白可以解聚。因此，不難推測，一個GTP結合微管蛋白在微管尖端作為一個“帽”來防止解聚。一旦這個GTP分子水解，微管就會開始解聚，并迅速縮短。

線粒體功能

蛋白質轉位進入線粒體基質的過程需要與GTP和ATP的相互作用。這些蛋白質的進入對線粒體內幾個調節(jié)通路來說至關重要。

具有GTP酶活性的蛋白有：

①G蛋白

②小G蛋白（Ras蛋白：酪氨酸激酶受體-TPK-Ras-MAPK通路）

③蛋白質合成過程中的某些起始因子，延長因子，終止因子

④視桿細胞外段膜盤上的轉導蛋白Gt屬于G蛋白

ATP酶和GTP酶是一類分別能催化ATP或GTP分解為ADP或GDP和磷酸鹽離子的酶。這些酶在能量運輸、信號傳導、蛋白質合成和細胞分化中起著關鍵的作用。

無機磷酸根（Pi）：

無機磷酸根（Pi）是生物系統(tǒng)中最重要的離子之一，它具有多種作用。它最重要的作用之一是作為分子開關，通過介導生物系統(tǒng)中各種蛋白激酶和磷酸酶來開啟和關閉酶的活性。無機磷酸鹽最普遍是以一磷酸腺苷（AMP）、二磷酸腺苷（ADP）、三磷酸腺苷（ATP）、脫氧核糖核酸（DNA）及核糖核酸（RNA）的形式出現，且可以經由水解ADP或ATP而被釋放出來。

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ATP酶和GTP酶 分別催化ATP和GTP釋放出游離磷酸（P i），BK050，BK051，BK052，BK053和BK054都是通過與報告染料結合或通過酶轉化為報告分子來測量釋放的磷酸鹽以檢測酶促反應的過程，BK051，BK052，BK053，BK054均適用于高通量篩選。

其中BK053和BK054（ P i檢測限為1 µM）適用于更高活性的測定，例如微管誘導的驅動蛋白ATPase或F-Actin誘導的肌球蛋白ATPase的檢測。為了特異性檢測G蛋白水解GTP的過程，我們還開發(fā)了BK105。

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