Natrium-kaliumpumpen: Återställer neuronala vilopotentialen efter aktionspotentialer

Na⁺/K⁺-ATPase pumpen är den molekylära maskinen som upprätthåller den neuronala vilomembranpotentialen (~ -70 mV) genom att aktivt transportera joner mot sina elektrokemiska gradienter.

Mekanism: Transportcykeln

1. Intracellulärt bindande: 3 Na⁺ joner binder till högaffinitetsplatser på cytoplasmisk sida av pumpen.
2. ATP hydrolyse: ATP → ADP + Pi; fosfatgrupp fosforylerar pumpen (E1~P konformation).
3. Konformationsförändring (E1→E2): Pump öppnar till extracyellulär sida; Na⁺ frigörs (låg affinitet).
4. Extracyellulärt bindande: 2 K⁺ joner binder till den extracyellulära ytan.
5. Defosforylering: Pi frigörs; pump återgår till E2 konformation.
6. Konformationsförändring (E2→E1): Pump öppnar till cytoplasma; K⁺ frigörs (låg affinitet).
7. Cyklen upprepas.

Nettoresultat: 3 Na⁺ ut, 2 K⁺ in per ATP → elektrogen (nettoutåtriktad positiv ström), bidrar ~ -5 till -10 mV direkt till vilopotential.

Roll efter aktionspotentialer

Under ett aktionspotential, Na⁺-influx och K⁺-efflux dissiperar temporärt gradienter. Na⁺/K⁺-pumpen återställer joniska gradienter över sekunder till minuter, möjliggör efterföljande excitabilitet. Utan den skulle neuroner depolarisera irreversibelt.

Bortom neuroner

Ubiikvitär i animaliska celler. Reglerar cellvolym, pH, sekundär aktiv transport (Na⁺-glukos, Na⁺/Ca²⁺ utbytare), njurär Na⁺-återupptag, vaskulär tonus, hjärtkontraktilitet (via Na⁺/Ca²⁺ utbyte). Digitalis hämmar pumpen → ↑intracellulärt Na⁺ → ↓Na⁺/Ca²⁺ utbyte → ↑intracellulärt Ca²⁺ → ↑kontraktilitet.

Na⁺/K⁺-pumpen är batteriladdaren för cellulär elektro-fysiologi – ständigt igång, konsumerar ~20–40% av hjärnans ATP.