Natrijevo-kalijeva črpalka

The Natrijevo-kalijeva črpalka je transmembranski protein, ki je trdno zasidran v celični membrani. S pomočjo tega proteina lahko natrijeve ione prenašamo iz celice in kalijeve ione v celico.

Kaj je natrijeva-kalijeva črpalka?

Natrijevo-kalijeva črpalka je črpalka, ki se nahaja v celični membrani. S transportom natrijevih in kalijevih ionov zagotavlja ohranjanje tako imenovanega membranskega potenciala.

V vsakem črpalnem ciklu izmenja tri natrijeve ione (Na + ione) za dva kalijeva iona (K + iona). To ustvarja negativen potencial v medceličnem prostoru. Natrijevo-kalijeva črpalka pri transportu teh ionov porabi energijo v obliki adenozin trifosfata (ATP).

Funkcija, učinek in naloge

Natrijevo-kalijeva črpalka deluje predvsem kot nosilni protein. Ima tri mesta vezave natrijevih ionov in dva vezavna mesta za kalijeve ione. Obstaja tudi zavezujoče mesto za ATP. Z ATP lahko ionska črpalka transportira tri natrijeve ione iz celične plazme v zunajcelični prostor. V zameno pretihotapi dva kalijeva iona iz citoplazme v celico. Ta postopek poteka v več korakih.

Sprva je beljakovinski nosilec odprt za citoplazmo. Trije natrijevi ioni vstopijo v protein skozi odprtino in se vežejo na specifična mesta vezave. Na notranji strani proteinske membrane se molekula ATP naseli tudi na določenem mestu vezave. Ta molekula se nato razdeli s sproščanjem vode. Nastalo fosfatno skupino za kratek čas veže aminokislina natrijeve-kalijeve črpalke. Energija se sprosti, ko se molekula ATP razgradi. S tem se spremeni prostorska razporeditev natrijeve-kalijeve črpalke in proteinski nosilec se odpre v smeri zunajceličnega prostora.

Trije natrijevi ioni se nato odcepijo od svojih vezivnih mest in tako vstopijo v zunanji medij. Dva kalijeva iona zdaj v odprto vrzel vstopata v beljakovine. Te se pritrdijo tudi na vezna mesta. Vezana fosfatna skupina je zdaj ločena.To spremeni konformacijo natrijeve-kalijeve črpalke v prvotno stanje. Kalijevi ioni se zdaj raztapljajo in odtekajo v notranjost celice. S tem procesom natrijevo-kalijeva črpalka ohranja tisto, kar je znano kot membranski potencial.

Izobraževanje, pojav in lastnosti

Potencialni membranski potencial opisuje membranski potencial potencialno vznemirljivih celic v stanju mirovanja. Membranski potenciali najdemo zlasti v živčnih celicah ali mišičnih celicah. Potencial membranskega potenciala je odvisno od vrste celice med -100 in -50 mV. Za večino živčnih celic je -70 mV. Notranjost celice je v primerjavi z zunanjo stranjo celice negativno napolnjena.

Počivalni potencial celice je predpogoj za izvajanje vzbujanja v živcih in za nadzor krčenja mišic. Natrijevo-kalijevo črpalko lahko zavirajo različne snovi. Na primer, srčni glikozidi zavirajo beljakovino nosilce. Srčni glikozidi so predpisani za kronično srčno popuščanje in atrijsko fibrilacijo. Z zaviranjem črpalke ostane v celicah več natrija. Medcelična koncentracija natrija in zunajcelična koncentracija natrija se zbližata.

Z zaviranjem izmenjevalca natrija in kalcija ostane v celici več kalcija. To poveča kontraktilnost srca. Zaviranje natrijeve-kalijeve črpalke lahko privede tudi do hiperkalemije. Nasprotno lahko natrijevo-kalijevo črpalko tudi farmakološko spodbudimo. To se na primer opravi z dajanjem insulina ali adrenalina. Stimulacija črpalke lahko povzroči hipokalemijo.

Bolezni in motnje

Zelo redka bolezen, ki temelji na pomanjkanju natrijeve-kalijeve črpalke, je akutni pojav sindroma parkinsonizma-distonije. Gre za bolezen, ki se podeduje kot avtosomno prevladujoča lastnost. Običajno se začne v otroštvu ali mladostništvu.

V nekaj urah se pojavi distonija s tresenjem, krči in neprostovoljnimi gibi. Po kratkem času močno primanjkuje vadbe do vključno z gibljivostjo. Učinkovita terapija bolezni še ni znana.

Nekatere študije na živalih kažejo, da so lahko okvare natrijeve-kalijeve črpalke možen vzrok epilepsije. Pri iskanju genetskih napak, ki bi lahko povzročile epilepsijo, so raziskovalci naleteli na mutacijo gena ATP1a3. Ta je odgovoren za delovanje natrijeve-kalijeve črpalke. V nemščini je epilepsija znana tudi kot konvulzije ali epilepsija. Glede na regijo možganov, ki se izpušča med napadom, obstajajo različni simptomi.

Na primer, lahko pride do trzanja ali napenjanja mišic, prizadeti se lahko v napadih glasno izrazijo ali zaznavajo strele, črte ali sence. Pojavijo se lahko tudi neprijetne motnje vonja ali motnje zvočnega zaznavanja. Zlasti tako imenovani statusni epileptik je lahko smrtno nevaren. To so posplošeni tonično-klonični napadi, ki lahko trajajo od 5 do 30 minut.

Okvara natrijeve-kalijeve črpalke je lahko tudi sprožilec migrene. Raziskovalci so odkrili genetske spremembe na kromosomu 1 pri migrenah. Ta gen vodi v napako natrijeve-kalijeve črpalke v membranah celic. Kot rezultat, celice postanejo napihnjene in zaobljene. To naj bi povzročilo značilne bolečine pri migrenah. Migrena je nevrološka bolezen, ki prizadene približno 10% prebivalstva. Ženske prizadenejo bistveno pogosteje kot moški. Klinična slika migrene je zelo različna.

Običajno gre za napade, pulzirajoče in enostranske glavobole. Te se občasno ponavljajo. Poleg tega se lahko pojavijo simptomi, kot so slabost, bruhanje, občutljivost na hrup ali občutljivost na svetlobo. Nekateri bolniki poročajo o vidnih ali senzoričnih motnjah zaznave pred dejanskim napadom migrene. Tukaj eden govori o migrenijski avri. Migrena je diagnoza izključenosti in je trenutno ni mogoče pozdraviti.