Natrijum-kalijeva pumpa

Natrijum-kalijeva pumpa je transmembranski protein koji je čvrsto usidren u staničnoj membrani. Pomoću ovog proteina natrijevi ioni mogu se transportirati iz stanice, a kalijevi ioni u stanicu.

Što je natrijevo-kalijska pumpa?

Natrijevo-kalijska pumpa je pumpa koja se nalazi u staničnoj membrani. Prijevozom iona natrija i kalija osigurava se održavanje takozvanog potencijala membrane u mirovanju.

U svakom ciklusu pumpanja izmjenjuje tri iona natrija (Na + iona) za dva kalijeva iona (K + iona). To stvara negativan potencijal u unutarćelijskom prostoru. Pri transportu tih iona, natrijevo-kalijska pumpa troši energiju u obliku adenosin trifosfata (ATP).

Funkcija, efekt i zadaće

Natrijevo-kalijska pumpa djeluje prvenstveno kao protein-nosilac. Ima tri mjesta vezanja natrijevih iona i dva mjesta vezivanja za kalijeve ione. Postoji i obvezujuće mjesto za ATP. Koristeći ATP, ionska pumpa može transportirati tri natrijeva iona iz stanične plazme u vanćelijski prostor. Zauzvrat, u citoplazmu krijumčari dva iona kalija u stanicu. Ovaj se postupak odvija u nekoliko koraka.

U početku je proteinski nosač otvoren citoplazmi. Tri natrijeva iona ulaze u protein kroz otvor i vežu se za specifična mjesta vezanja. Na unutrašnjoj strani proteinske membrane, ATP molekula se također taloži na označenom mjestu vezanja. Ova se molekula razdvoji nakon oslobađanja vode. Nastala fosfatna skupina na kratko se veže s aminokiselinom natrijevo-kalijeve pumpe. Energija se oslobađa kada se molekula ATP-a raspada. Time se mijenja prostorni raspored natrij-kalijeve pumpe i proteinski nosač se otvara u smjeru izvanćelijskog prostora.

Tri natrijeva iona tada se odvajaju od svojih veznih točaka i tako ulaze u vanjski medij. Dva kalijeva iona sada ulaze u protein kroz otvoreni jaz. Oni se također prilažu veznim mjestima. Vezana fosfatna skupina je sada odvojena.Time se vraća konformacija natrijevo-kalijeve pumpe u prvobitno stanje. Kalijevi ioni sada se otapaju i ulivaju u stanicu unutrašnjosti. Kroz ovaj postupak, natrijevo-kalijska pumpa održava ono što je poznato kao membranski potencijal mirovanja.

Obrazovanje, nastanak i svojstva

Potencijal membrane odmara opisuje membranski potencijal potencijalno uzbudljivih stanica u stanju mirovanja. Membranski potencijali nalaze se posebice u živčanim stanicama ili mišićnim stanicama. Ovisno o staničnoj vrsti, potencijal membrane u mirovanju je između -100 i -50 mV. Za većinu živčanih stanica iznosi -70 mV. Unutrašnjost ćelije negativno je nabijena u odnosu na vanjski dio stanice.

Potencijalni potencijal stanice je preduvjet za provođenje ekscitacije u živcima i za kontrolu mišićne kontrakcije. Natrijevo-kalijeva pumpa može se inhibirati različitim tvarima. Na primjer, srčani glikozidi inhibiraju protein nosač. Srčani glikozidi propisani su za kronično zatajenje srca i atrijsku fibrilaciju. Inhibicijom pumpe ostaje više natrija u stanicama. Koncentracija natrijskog natrija i izvanstanične koncentracije natrija se konvergiraju.

Inhibirajući izmjenjivač natrij-kalcij, više kalcija ostaje u stanici. To povećava kontraktilnost srca. Inhibicija natrijum-kalijske pumpe može također dovesti do hiperkalemije. Suprotno tome, natrijevo-kalijeva pumpa također se može farmakološki stimulirati. To se događa, na primjer, davanjem inzulina ili adrenalina. Stimuliranje crpke može rezultirati hipokalemijom.

Bolesti i poremećaji

Vrlo rijetka bolest koja se temelji na defektu u natrijevo-kalijevoj pumpi je akutni početak sindroma parkinsonizma i distonije. To je bolest koja se nasljeđuje kao autosomno dominantno svojstvo. Obično započinje u djetinjstvu ili adolescenciji.

Distonija s drhtavicom, konvulzijama i nehotičnim pokretima javlja se za nekoliko sati. Nakon kratkog vremena, postoji ozbiljan nedostatak vježbanja do uključivanja nepokretnosti. Učinkovita terapija bolesti još nije poznata.

Neke studije na životinjama ukazuju na to da su oštećenja pumpe natrij-kalij mogući uzrok epilepsije. Tijekom pretraživanja genetskih oštećenja koja bi mogla izazvati epilepsiju, istraživači su naišli na mutaciju gena ATP1a3. Ovo je odgovorno za rad natrijum-kalijske pumpe. U njemačkom jeziku epilepsija je poznata i kao konvulzije ili epilepsija. Ovisno o regiji mozga koja se prazni tijekom napadaja, postoje različiti simptomi.

Na primjer, može doći do trzanja ili napetosti mišića, pogođeni se mogu glasno izraziti u napadima ili mogu vidjeti munje, pruge ili sjene. Također se mogu pojaviti neugodni poremećaji mirisa ili poremećaji zvučne percepcije. Posebno takozvani statusni epileptik može biti opasan po život. To su generalizirani tonično-klonski napadi koji mogu trajati bilo gdje od 5 do 30 minuta.

Neispravnost natrijevo-kalijeve pumpe može biti mogući okidač za migrene. Istraživači su otkrili genetske promjene na kromosomu 1 kod migrene. Ovaj gen dovodi do oštećenja natrij-kalijeve pumpe u membranama stanica. Rezultat su natečene i zaobljene stanice. To bi trebalo uzrokovati karakterističnu bol migrene. Migrena je neurološka bolest koja pogađa oko 10% stanovništva. Žene su pogođene značajno češće od muškaraca. Klinička slika migrene vrlo je promjenjiva.

Tipično, dolazi do napadaja, pulsirajuće i jednostrane glavobolje. Oni se ponavljaju periodično. Pored toga, mogu se pojaviti simptomi poput mučnine, povraćanja, osjetljivosti na buku ili osjetljivosti na svjetlost. Neki pacijenti prijavljuju poremećaje vida ili osjetila u percepciji prije stvarnog napadaja migrene. Ovdje se govori o migrenskoj auri. Migrena je dijagnoza isključenosti i trenutno se ne može izliječiti.