离子泵是膜运输蛋白之一。也看作一类特殊的载体蛋白，能驱使特定的离子逆电化学梯度穿过质膜，同时消耗ATP形成的能源，属于主动运输。离子泵本质是受外能驱动的可逆性ATP酶。外能可以是电化学梯度能、光能等。被活化的离子泵水解ATP，与水解产物磷酸根结合后自身发生变构，从而将离子由低浓度转运到高浓度处，这样ATP的化学能转变成离子的电化学梯度能。已知的离子泵有多种，每种离子泵只转运专一的离子。细胞内离子泵主要有钠钾泵、钙泵和质子泵。

离子泵假说是解释质膜上主动运输机制的例子之一。它认为，某些离子的运输之所以能逆浓度梯度的方向进行，是由于依靠了镶嵌在质膜脂质双分子层上的一种内在蛋白的分子构象变化来实现的，即可看作一类特殊的载体蛋白，能驱使特定的离子逆电化学梯度穿过质膜的过程，同时消耗ATP形成的能源，属于主动运输。

Na-K泵 存在于动物细胞质膜上，植物细胞质膜无Na-K泵，它有大小两个亚基，大亚基催化ATP水解，小亚基是一个糖蛋白。大亚基以亲Na+态结合Na+后，触发水解ATP。每水解一个ATP释放的能量输送3个Na+到胞外，同时摄取2个K+入胞，造成跨膜梯度和电位差，这对神经冲动传导尤其重要，Na+-K+泵造成的膜电位差约占整个神经膜电压的80%。若将纯化的Na+-K+泵装配在红细胞膜囊泡（血影）上，人为地增大膜两边的Na+、K+梯度到一定程度，当梯度所持有的能量大于ATP水解的化学能时，Na+、K+会反向顺浓差流过Na+-K+泵，同时合成ATP。这种可逆现象是离子泵的普遍性质。

Ca2+泵 分布在动、植物细胞质膜、线粒体内膜、内质网样囊膜（SER-like organelle）、动物肌肉细胞肌质网膜上，是由1000个氨基酸的多肽链形成的跨膜蛋白，它是Ca2+激活的ATP酶，每水解一个ATP转运两个Ca2+到细胞外，形成钙离子梯度。通常细胞质游离Ca2+浓度很低，约10–7～10–8摩尔/升，细胞间液Ca2+浓度较高，约5×10–3摩尔/升。胞外的Ca2+即使很少量涌入胞内都会引起胞质游离Ca2+浓度显著变化，导致一系列生理反应。钙流能迅速地将细胞外信号传入细胞内，因此Ca2+是一种十分重要的信号物质。线粒体内腔、肌质网、内质网样囊腔中含高浓度的Ca2+，浓度大于10–5摩尔/升，名为“钙库”。在一定的信号作用下Ca2+从钙库释放到细胞质，起到调节细胞运动、肌肉收缩、生长、分化等诸多生理功能。

质子泵即H+泵包括H+–ATP泵和H+焦磷酸泵。

1、H+–ATP泵

在植物细胞原生质膜和液泡膜上都存在着由ATP酶驱动的H+泵，它们的主要功能是调节原生质体的pH从而驱动对阴阳离子的吸收。由线粒体生成的ATP供质膜质子泵需要，ATP释放的能量建立跨膜的质子梯度和电位差，质子梯度活化离子通道或反向运输器或同向运输器，调节离子或不带电溶质的进出。液泡膜上的质子泵将H+泵入液泡，质外体、胞质溶胶和液泡的pH就有差异，分别是5.5、7.3~7.6、4.5~5.9。

2、H+–焦磷酸泵

H+–焦磷酸泵是位于液泡膜上的H+泵，它利用焦磷酸（PPi）中的自由能量（而不是利用ATP），主动把H+泵入液泡内，造成膜内外电化学势梯度，从而导致养分的主动跨膜运输。

如图5所示，在每个阳极筒内发生的物理过程，可分解成六个步骤展开说明。

图5：溅射离子泵抽气机理示意图

1)图中A表示在低压下，当阴极和阳极间加上高压时，引起场致发射。

2)图中B表示在电、磁场作用下电子作螺旋运动。

3)图中C表示电子与气体分子碰撞产生正离子和二次电子，引起雪崩效应。

4)图中D表示正离子轰击钛阴极，溅散出钛原子落在阳极筒上，形成新鲜钛膜，也有的落在阴板外围区(β区)。

5)图中E表示活性气体与新鲜钛膜反应形成化合物，化学吸附在阳极筒内壁。隋性气体被电离，离子在电场作用下轰击阴极过程中被排出。其排除方式为：(1)离子直接打入阴极表面内或β区(如图中a)；斜射的离子切入阴极表面，离子和钛一起被掀掉，埋葬在β区(图中b)；(2)离子没打入阴极内，从阴极得一电子恢复为中性原子或分子，反射到阳极内表面被埋掉(图中c)，这叫“荷能中性粒子反射”。

6)图中F表示对于氢，由于其质量小，氢离子轰击钛板的溅射产额甚低，氢离子 H2+ 或 H+打到钛板上与电子复合变成H原子，然后扩散入钛的晶格内，形成TiH固溶体而被排出。常温下这种固溶体中H2+的浓度为0.05%，当温度高于250℃以上时，便又开始分解放出氢。钛大量吸氢后。由于放热反应钛板温度上升，达到250℃以后，除重新释放氢之外并导致钛板晶格膨胀造成龟裂。通常需加大钛板的散热能力来改善溅射离子泵对氢的排除能力。要提高对氢的抽速，需保持钛板表面清洁，选用晶格常数较大的β-Ti或钛合金作为阴极板，或引入与氢可比拟的氩含量。因氩的溅散产额高，可提高对氢的抽速。