Natrium-kaliumpump

De Natrium-kaliumpump är ett transmembranprotein som är fast förankrat i cellmembranet. Med hjälp av detta protein kan natriumjoner transporteras ut ur cellen och kaliumjoner in i cellen.

Vad är natrium-kaliumpumpen?

Natrium-kaliumpumpen är en pump som finns i cellmembranet. Genom att transportera natrium- och kaliumjoner garanterar det att den så kallade vilamembranpotentialen bibehålls.

I varje pumpcykel byter den ut tre natriumjoner (Na + -joner) för två kaliumjoner (K ​​+ -joner). Detta skapar en negativ potential i det intracellulära utrymmet. Vid transport av dessa joner förbrukar natrium-kaliumpumpen energi i form av adenosintrifosfat (ATP).

Funktion, effekt och uppgifter

Natrium-kaliumpumpen fungerar främst som ett bärarprotein. Den har tre bindningsställen för natriumjoner och två bindningsställen för kaliumjoner. Det finns också en bindande webbplats för ATP. Med ATP kan jonpumpen transportera tre natriumjoner från cellplasma till det extracellulära utrymmet. I gengäld smuglar det två kaliumjoner från cytoplasma in i cellen. Denna process sker i flera steg.

Ursprungligen är bärarproteinet öppet för cytoplasma. Tre natriumjoner kommer in i proteinet genom öppningen och binder till de specifika bindningsställena. På insidan av proteinmembranet sätter sig en ATP-molekyl också på det angivna bindningsstället. Denna molekyl delas sedan med frisläppandet av vatten. Den resulterande fosfatgruppen är bunden under en kort tid av en aminosyra i natrium-kaliumpumpen. Energi frigörs när ATP-molekylen bryts ned. Detta ändrar det rumsliga arrangemanget av natrium-kaliumpumpen och bärarproteinet öppnas i riktning mot det extracellulära utrymmet.

De tre natriumjonerna lossnar sedan från sina bindningspunkter och kommer därför in i det yttre mediet. Två kaliumjoner kommer nu in i proteinet genom det öppna gapet. Dessa fäster också till bindande webbplatser. Den bundna fosfatgruppen är nu uppdelad.Detta ändrar konformationen av natrium-kaliumpumpen tillbaka till sitt ursprungliga tillstånd. Kaliumjonerna upplöses nu och flyter in i cellens inre. Genom denna process upprätthåller natrium-kaliumpumpen vad som kallas vilande membranpotential.

Utbildning, förekomst och fastigheter

Den vilande membranpotentialen beskriver membranpotentialen för potentiellt exciterbara celler i vilotillstånd. Membranpotentialer finns i synnerhet i nervceller eller muskelceller. Beroende på celltyp är den vilande membranpotentialen mellan -100 och -50 mV. För de flesta nervceller är det -70 mV. Insidan av cellen är negativt laddad jämfört med utsidan av cellen.

En cells vilopotential är en förutsättning för ledning av excitation i nerverna och för att kontrollera muskelkontraktion. Natrium-kaliumpumpen kan hämmas av olika ämnen. Till exempel hämmar hjärtglykosider bärarproteinet. Hjärtglykosider föreskrivs för kronisk hjärtsvikt och förmaksflimmer. Genom att hämma pumpen kvarstår mer natrium i cellerna. Den intracellulära natriumkoncentrationen och den extracellulära natriumkoncentrationen konvergerar.

Genom att hämma natrium-kalciumbytaren kvarstår mer kalcium i cellen. Detta ökar hjärtats sammandragning. Inhibering av natrium-kaliumpumpen kan också leda till hyperkalemi. Omvänt kan natrium-kaliumpumpen också stimuleras farmakologiskt. Detta görs till exempel genom administrering av insulin eller adrenalin. Stimulering av pumpen kan leda till hypokalemi.

Sjukdomar och störningar

En mycket sällsynt sjukdom som är baserad på en defekt i natrium-kaliumpumpen är den akuta början av parkinsonism-dystoni-syndrom. Det är en sjukdom som ärvs som ett autosomalt dominerande drag. Det börjar vanligtvis i barndomen eller tonåren.

Dystoni med skakningar, kramper och ofrivilliga rörelser inträffar inom några timmar. Efter kort tid finns det en allvarlig brist på träning till och med orörlighet. En effektiv terapi för sjukdomen är ännu inte känd.

Vissa djurstudier tyder på att defekter i natrium-kaliumpumpen kan vara en möjlig orsak till epilepsi. Medan de sökte efter genetiska defekter som kan orsaka epilepsi, stötte forskarna på en mutation i ATP1a3-genen. Detta ansvarar för att natrium-kaliumpumpen fungerar. På tyska är epilepsi också känd som kramper eller epilepsi. Beroende på hjärnregionen som släpps ut under anfallet finns det olika symtom.

Till exempel kan ryckningar eller spänningar i musklerna förekomma, de drabbade kan uttrycka sig högt i attacker eller de kan se blixtar, ränder eller skuggor. Obehagliga luktstörningar eller akustisk uppfattningsproblem kan också uppstå. Speciellt den så kallade status epilepticus kan vara livshotande. Dessa är generaliserade tonisk-kloniska anfall som kan vara allt från 5 till 30 minuter.

En defekt i natrium-kaliumpumpen kan också vara en möjlig trigger för migrän. Forskare har upptäckt genetiska förändringar på kromosom 1 hos migrän. Denna gen leder till en defekt i natrium-kaliumpumpen i cellens membran. Resultatet är uppblåsta och rundade celler. Detta är tänkt att orsaka den karakteristiska smärtan vid migrän. Migrän är en neurologisk sjukdom som drabbar cirka 10% av befolkningen. Kvinnor drabbas betydligt oftare än män. Den kliniska bilden av migrän är mycket varierande.

Det handlar vanligtvis om anfall, pulserande och ensidiga huvudvärk. Dessa återkommer periodvis. Symtom som illamående, kräkningar, känslighet för brus eller ljuskänslighet kan också uppstå. Vissa patienter rapporterar syn- eller sensoriska störningar i uppfattningen före själva migränattacken. Man talar här om en migränura. Migrän är en diagnos av uteslutning och kan för närvarande inte botas.