Natrium-kaliumpumppu

Natrium-kaliumpumppu on transmembraaninen proteiini, joka on kiinnittynyt tiukasti solukalvoon. Tämän proteiinin avulla natriumioneja voidaan kuljettaa solusta ja kaliumioneja soluun.

Mikä on natrium-kaliumpumppu?

Natrium-kaliumpumppu on pumppu, joka sijaitsee solukalvolla. Kuljettamalla natrium- ja kaliumioneja se varmistaa ns. Lepokalvopotentiaalin ylläpitämisen.

Jokaisessa pumppausjaksossa se vaihtaa kolme natriumionia (Na + -ionit) kahteen kaliumioniin (K + -ionit). Tämä luo negatiivisen potentiaalin solunsisäiseen tilaan. Näitä ioneja kuljetettaessa natrium-kaliumpumppu kuluttaa energiaa adenosiinitrifosfaatin (ATP) muodossa.

Toiminto, vaikutukset ja tehtävät

Natrium-kaliumpumppu toimii pääasiassa kantajaproteiinina. Sillä on kolme natriumionien sitoutumiskohtaa ja kaksi kaliumionien sitoutumiskohtaa. Siellä on myös sitoutumiskohta ATP: lle. ATP: tä käyttämällä ionipumppu voi kuljettaa kolme natriumionia soluplasmasta solunulkoiseen tilaan. Vastineeksi se salakuljettaa kaksi kaliumionia sytoplasmasta soluun. Tämä prosessi tapahtuu useissa vaiheissa.

Aluksi kantajaproteiini on avoin sytoplasmalle. Kolme natriumionia saapuu proteiiniin aukon kautta ja sitoutuvat spesifisiin sitoutumiskohtiin. Proteiinikalvon sisäpuolella ATP-molekyyli asettuu myös osoitettuun sitoutumiskohtaan. Sitten tämä molekyyli halkaistaan ​​vapauttamalla vettä. Tulokseksi saatu fosfaattiryhmä sitoutuu hetkeksi natrium-kaliumpumpun aminohappoon. Energiaa vapautuu, kun ATP-molekyyli hajoaa. Tämä muuttaa natrium-kaliumpumpun tilallista järjestelyä ja kantajaproteiini avautuu solunulkoisen tilan suuntaan.

Sitten kolme natriumionia irtoavat sitoutumispisteistään ja siirtyvät siten ulkoiseen väliaineeseen. Kaksi kaliumionia tulee nyt proteiiniin avoimen raon läpi. Nämä kiinnittyvät myös sitoutumiskohtiin. Sitoutunut fosfaattiryhmä jaetaan nyt.Tämä muuttaa natrium-kaliumpumpun muodon takaisin alkuperäiseen tilaansa. Kaliumionit liukenevat nyt ja virtaavat solun sisätilaan. Tämän prosessin avulla natrium-kaliumpumppu ylläpitää niin kutsuttua lepokalvopotentiaalia.

Koulutus, esiintyminen ja ominaisuudet

Lepokalvopotentiaali kuvaa potentiaalisesti virittyvien solujen membraanipotentiaalia lepotilassa. Kalvopotentiaalit löytyvät erityisesti hermosoluista tai lihassoluista. Solutyypistä riippuen lepokalvopotentiaali on välillä -100 - -50 mV. Useimmilla hermosoluilla se on -70 mV. Solun sisäosa on negatiivisesti varautunut verrattuna kennon ulkopintaan.

Solun lepopotentiaali on edellytys hermojen virityksen johtamiselle ja lihasten supistumisen hallitsemiselle. Natrium-kaliumpumppu voidaan estää useilla aineilla. Esimerkiksi sydämen glykosidit estävät kantajaproteiinia. Sydänglykosideja määrätään krooniseen sydämen vajaatoimintaan ja eteisvärinää varten. Estääksesi pumpun, enemmän natriumia jää soluihin. Solunsisäinen natriumpitoisuus ja solunulkoinen natriumpitoisuus lähentyvät toisiaan.

Inhiboimalla natrium-kalsiumvaihtajaa, enemmän kalsiumia jää soluun. Tämä lisää sydämen supistuvuutta. Natrium-kaliumpumpun estäminen voi myös johtaa hyperkalemiaan. Natrium-kaliumpumppua voidaan päinvastoin myös stimuloida farmakologisesti. Tämä tehdään esimerkiksi antamalla insuliinia tai adrenaliinia. Pumpun stimulointi voi aiheuttaa hypokalemiaa.

Sairaudet ja häiriöt

Hyvin harvinainen sairaus, joka perustuu natrium-kaliumpumpun virheeseen, on parkinsonismi-dystoniaoireyhtymän akuutti puhkeaminen. Se on sairaus, joka periytyy autosomaaliseksi hallitsevaksi piirteeksi. Se alkaa yleensä lapsuudessa tai nuoruudessa.

Dystonia, jossa on vapinaa, kouristuksia ja tahattomia liikkeitä, tapahtuu muutamassa tunnissa. Lyhyen ajan kuluttua liikunnasta on vakava puute liikkumattomuuteen saakka. Taudin tehokasta hoitoa ei vielä tunneta.

Jotkut eläintutkimukset viittaavat siihen, että natrium-kaliumpumpun viat voivat olla mahdollinen syy epilepsiaan. Tutkiessaan geenivirheitä, jotka voivat aiheuttaa epilepsian, tutkijat löysivät mutaation ATP1a3-geenissä. Tämä on vastuussa natrium-kaliumpumpun toiminnasta. Saksaksi epilepsia tunnetaan myös nimellä kouristukset tai epilepsia. Kohtauksen aikana purkautuvan aivoalueen mukaan oireita on erilaisia.

Esimerkiksi lihaksia voi kutistua tai jännittyä, kärsivät voivat ilmaista itseään äänekäs hyökkäyksissä tai he voivat nähdä salaman, raitoja tai varjoja. Epämiellyttäviä hajuhäiriöitä tai akustisia havaintohäiriöitä voi myös esiintyä. Erityisesti ns. Status epilepticus voi olla hengenvaarallinen. Nämä ovat yleisiä toni-kloonisia kohtauksia, jotka voivat kestää missä tahansa 5 - 30 minuuttia.

Natrium-kaliumpumpun vika voi olla myös mahdollinen laukaus migreenille. Tutkijat ovat löytäneet geneettiset muutokset kromosomissa 1 migreenilaisilla. Tämä geeni johtaa vikaan solujen kalvojen natrium-kaliumpumpussa. Seurauksena on, että solut paisuvat ja pyöristyvät. Tämän oletetaan aiheuttavan migreenille ominaista kipua. Migreeni on neurologinen sairaus, joka koskee noin 10% väestöstä. Naiset kärsivät huomattavasti useammin kuin miehet. Migreenin kliininen kuva on hyvin vaihteleva.

Tyypillisesti se tulee kouristuksiin, sykkiviin ja yksipuolisiin päänsärkyihin. Nämä toistuvat säännöllisesti. Lisäksi voi esiintyä oireita, kuten pahoinvointia, oksentelua, meluherkkyyttä tai valoherkkyyttä. Jotkut potilaat ilmoittavat näkö- tai aistihäiriöitä havainnoissaan ennen varsinaista migreenikohtausta. Yksi puhuu tässä migreeni-aurasta. Migreeni on diagnoosi syrjäytymisestä, eikä sitä voida tällä hetkellä parantaa.