Natrium-kalium pumpe

Det Natrium-kalium pumpe er et transmembranprotein, der er fast forankret i cellemembranen. Ved hjælp af dette protein kan natriumioner transporteres ud af cellen og kaliumioner ind i cellen.

Hvad er natrium-kalium pumpe?

Natrium-kaliumpumpen er en pumpe, der er placeret i cellemembranen. Ved at transportere natrium- og kaliumioner sikrer det, at det såkaldte hvilemembranpotentiale opretholdes.

I hver pumpecyklus udveksler den tre natriumioner (Na + -ioner) med to kaliumioner (K ​​+ -ioner). Dette skaber et negativt potentiale i det intracellulære rum. Når man transporterer disse ioner, bruger natrium-kaliumpumpen energi i form af adenosintrifosfat (ATP).

Funktion, effekt og opgaver

Natrium-kaliumpumpen fungerer primært som et bærende protein. Det har tre bindingssteder for natriumioner og to bindingssteder for kaliumioner. Der er også et bindende sted for ATP. Ved hjælp af ATP kan ionpumpen transportere tre natriumioner fra celleplasmaet ind i det ekstracellulære rum. Til gengæld smugler det to kaliumioner fra cytoplasmaet ind i cellen. Denne proces finder sted i flere trin.

Oprindeligt er bærerproteinet åbent for cytoplasmaet. Tre natriumioner kommer ind i proteinet gennem åbningen og binder til de specifikke bindingssteder. På indersiden af ​​proteinmembranen sætter et ATP-molekyle sig også på det angivne bindingssted. Dette molekyle opdeles derefter med frigivelse af vand. Den resulterende phosphatgruppe er bundet i en kort periode af en aminosyre i natrium-kaliumpumpen. Energi frigives, når ATP-molekylet nedbrydes. Dette ændrer det rumlige arrangement af natrium-kaliumpumpen, og bærerproteinet åbner i retning af det ekstracellulære rum.

De tre natriumioner løsnes derefter fra deres bindingspunkter og kommer således ind i det ydre medium. To kaliumioner kommer nu ind i proteinet gennem det åbne hul. Disse knytter sig også til de bindende steder. Den bundne fosfatgruppe er nu opdelt.Dette ændrer konformationen af ​​natrium-kaliumpumpen tilbage til sin oprindelige tilstand. Kaliumionerne opløses nu og strømmer ind i celleindretningen. Gennem denne proces opretholder natrium-kaliumpumpen det, der er kendt som hvilemembranpotentialet.

Uddannelse, forekomst og ejendomme

Hvilemembranpotentialet beskriver membranpotentialet for potentielt exciterbare celler i hviletilstand. Membranpotentialer findes især i nerveceller eller muskelceller. Afhængig af celletypen er hvilemembranpotentialet mellem -100 og -50 mV. For de fleste nerveceller er det -70 mV. Indersiden af ​​cellen er negativt ladet sammenlignet med det udvendige af cellen.

En celles hvilepotentiale er en forudsætning for ledning af excitation i nerverne og til at kontrollere muskelsammentrækning. Natrium-kaliumpumpen kan hæmmes af forskellige stoffer. For eksempel inhiberer hjerteglycosider bæreproteinet. Hjerteglycosider ordineres til kronisk hjertesvigt og atrieflimmer. Ved at hæmme pumpen forbliver mere natrium i cellerne. Den intracellulære natriumkoncentration og den ekstracellulære natriumkoncentration konvergerer.

Ved at hæmme natrium-calciumbytteren forbliver mere calcium i cellen. Dette øger hjertets kontraktilitet. Hæmning af natrium-kaliumpumpe kan også føre til hyperkalæmi. Omvendt kan natrium-kaliumpumpen også stimuleres farmakologisk. Dette gøres for eksempel ved indgivelse af insulin eller adrenalin. Stimulering af pumpen kan resultere i hypokalæmi.

Sygdomme og lidelser

En meget sjælden sygdom, der er baseret på en defekt i natrium-kaliumpumpen, er den akutte debut af parkinsonisme-dystoni-syndrom. Det er en sygdom, der arves som en autosomal dominerende egenskab. Det begynder normalt i barndommen eller ungdomsårene.

Dystoni med rysten, kramper og ufrivillige bevægelser forekommer inden for få timer. Efter kort tid er der en alvorlig mangel på træning til og med immobilitet. En effektiv behandling af sygdommen er endnu ikke kendt.

Nogle dyreforsøg antyder, at defekter i natrium-kaliumpumpen kan være en mulig årsag til epilepsi. Mens de søgte efter genetiske defekter, der kunne forårsage epilepsi, stødte forskerne på en mutation i ATP1a3-genet. Dette er ansvarlig for funktionen af ​​natrium-kaliumpumpen. På tysk er epilepsi også kendt som kramper eller epilepsi. Afhængig af regionen i hjernen, der udledes under anfaldet, er der forskellige symptomer.

F.eks. Kan muskler ryge eller spænde, de berørte kan udtrykke sig højt i angreb eller de oplever lyn, striber eller skygger. Ubehagelige lugtforstyrrelser eller akustiske opfattelsesforstyrrelser kan også forekomme. Især den såkaldte status epilepticus kan være livstruende. Dette er generaliserede tonisk-kloniske anfald, der kan vare overalt fra 5 til 30 minutter.

En defekt i natrium-kaliumpumpen kan også være en mulig trigger for migræne. Forskere har opdaget genetiske ændringer på kromosom 1 hos migræne. Dette gen fører til en defekt i natrium-kaliumpumpen i cellernes membraner. Som et resultat bliver cellerne oppustet og afrundet. Dette formodes at forårsage den karakteristiske smerte ved migræne. Migræne er en neurologisk sygdom, der rammer omkring 10% af befolkningen. Kvinder påvirkes markant oftere end mænd. Det kliniske billede af migræne er meget varierende.

Der er typisk anfald, pulserende og ensidig hovedpine. Disse gentages med jævne mellemrum. Symptomer som kvalme, opkast, følsomhed for støj eller følsomhed over for lys kan også forekomme. Nogle patienter rapporterer syns- eller sensoriske forstyrrelser i opfattelsen inden det faktiske migræneanfald. Man taler her om en migræneura. Migræne er en diagnose af udelukkelse og kan i øjeblikket ikke helbredes.