Натрий-калиевый насос

Натрий-калиевый насос представляет собой трансмембранный белок, прочно закрепленный в клеточной мембране. С помощью этого белка ионы натрия могут переноситься из клетки, а ионы калия - в клетку.

Что такое натриево-калиевый насос?

Натрий-калиевый насос - это насос, расположенный в клеточной мембране. Путем транспортировки ионов натрия и калия он обеспечивает поддержание так называемого мембранного потенциала покоя.

В каждом цикле откачки он обменивает три иона натрия (ионы Na +) на два иона калия (ионы K +). Это создает отрицательный потенциал во внутриклеточном пространстве. При транспортировке этих ионов натрий-калиевый насос потребляет энергию в виде аденозинтрифосфата (АТФ).

Функция, эффект и задачи

Натрий-калиевый насос действует в первую очередь как белок-носитель. Он имеет три сайта связывания для ионов натрия и два сайта связывания для ионов калия. Также существует сайт связывания АТФ. Используя АТФ, ионный насос может транспортировать три иона натрия из плазмы клетки во внеклеточное пространство. В свою очередь, он переправляет два иона калия из цитоплазмы в клетку. Этот процесс проходит в несколько этапов.

Первоначально белок-носитель открыт для цитоплазмы. Три иона натрия проникают в белок через отверстие и связываются со специфическими сайтами связывания. На внутренней стороне белковой мембраны молекула АТФ также оседает на назначенном сайте связывания. Затем эта молекула расщепляется с выделением воды. Образовавшаяся фосфатная группа на короткое время связывается аминокислотой натрий-калиевого насоса. При разрушении молекулы АТФ выделяется энергия. Это изменяет пространственное расположение натрий-калиевого насоса, и белок-носитель открывается в направлении внеклеточного пространства.

Затем три иона натрия отделяются от мест связывания и попадают во внешнюю среду. Два иона калия теперь входят в белок через открытый промежуток. Они также прикрепляются к сайтам привязки. Связанная фосфатная группа теперь отщеплена.Это изменяет конфигурацию натрий-калиевого насоса обратно в исходное состояние. Теперь ионы калия растворяются и перетекают внутрь клетки. Благодаря этому процессу натрий-калиевый насос поддерживает так называемый мембранный потенциал покоя.

Образование, происхождение и свойства

Мембранный потенциал покоя описывает мембранный потенциал потенциально возбудимых клеток в состоянии покоя. Мембранные потенциалы обнаруживаются, в частности, в нервных клетках или мышечных клетках. В зависимости от типа клетки мембранный потенциал покоя составляет от -100 до -50 мВ. Для большинства нервных клеток оно составляет -70 мВ. Внутренняя часть ячейки заряжена отрицательно по сравнению с внешней частью ячейки.

Потенциал покоя клетки является предпосылкой для проведения возбуждения в нервах и для контроля мышечного сокращения. Натрий-калиевый насос может подавляться различными веществами. Например, сердечные гликозиды ингибируют белок-носитель. Сердечные гликозиды назначают при хронической сердечной недостаточности и фибрилляции предсердий. Блокируя насос, в клетках остается больше натрия. Концентрация внутриклеточного натрия и внеклеточная концентрация натрия сходятся.

Подавляя обменник натрия и кальция, в клетке остается больше кальция. Это увеличивает сократимость сердца. Подавление натриево-калиевого насоса также может привести к гиперкалиемии. Напротив, натриево-калиевый насос также можно стимулировать фармакологически. Это делается, например, путем введения инсулина или адреналина. Стимуляция помпы может привести к гипокалиемии.

Заболевания и расстройства

Очень редкое заболевание, в основе которого лежит дефект натриево-калиевой помпы, - это острое начало синдрома паркинсонизма-дистонии. Это заболевание наследуется по аутосомно-доминантному признаку. Обычно это начинается в детстве или юности.

Дистония с тремором, судорогами и непроизвольными движениями возникает в течение нескольких часов. Спустя короткое время наблюдается серьезное отсутствие физических упражнений, вплоть до неподвижности. Эффективная терапия заболевания пока не известна.

Некоторые исследования на животных показывают, что дефекты натрий-калиевого насоса могут быть возможной причиной эпилепсии. В поисках генетических дефектов, которые могут вызвать эпилепсию, исследователи обнаружили мутацию в гене ATP1a3. Это отвечает за работу натрий-калиевого насоса. В Германии эпилепсия также известна как судороги или эпилепсия. В зависимости от области мозга, которая выделяется во время припадка, существуют разные симптомы.

Например, могут возникать подергивания или напряжение мышц, пострадавшие могут громко выражать себя в приступах или воспринимать молнии, полосы или тени. Также могут возникать расстройства неприятного запаха или акустического восприятия. В частности, так называемый эпилептический статус может быть опасным для жизни. Это генерализованные тонико-клонические припадки, которые могут длиться от 5 до 30 минут.

Дефект натрий-калиевого насоса также может быть причиной мигрени. Исследователи обнаружили генетические изменения на хромосоме 1 у мигрени. Этот ген приводит к дефекту натриево-калиевого насоса в мембранах клеток. Результат - раздутые и округлые клетки. Предполагается, что это вызывает характерную боль при мигрени. Мигрень - это неврологическое заболевание, которым страдает около 10% населения. Женщины страдают значительно чаще, чем мужчины. Клиническая картина мигрени очень разнообразна.

Обычно речь идет о судорожных, пульсирующих и односторонних головных болях. Они периодически повторяются. Кроме того, могут возникнуть такие симптомы, как тошнота, рвота, чувствительность к шуму или свету. Некоторые пациенты сообщают о визуальных или сенсорных нарушениях восприятия до самого приступа мигрени. Здесь говорят об ауре мигрени. Мигрень - это диагноз исключения, который в настоящее время не поддается лечению.