Natrium-kaliumpumpen er et membranprotein og enzym, der sidder på tværs af cellemembranen. Det bliver også kaldt for Na+/K+-ATPase eller Na/K-pumpen.
Pumpen sørger for, at ionbalancen er optimal. Det er særligt vigtigt for cellernes evne til at kommunikere med hinanden, men også cellens evne til at kontrollere næringsindtag og kontrollere cellens pH-værdi og volumen.
Natrium-kaliumpumpen fungerer ved at pumpe to kaliumioner (K+) ind i cellen, og tre natriumioner (Na+) ud af cellen. Pumpen kræver energi (ATP) for at fungere. Derfor er der tale om aktiv transport over cellemembranen.
Sådan fungerer natrium-kaliumpumpen
- Natrium-kaliumpumpen i sit inaktive stadie er åben mod indersiden af cellen. På indersiden af cellen sætter tre natriumioner (Na+) sig på pumpen.
- Når natrium-kaliumpumpen skal aktiveres, kommer ATP ind og aktiverer pumpen. ATP, som er et molekyle med tre fosfatgrupper, fraskiller et enkelt fosfatmolekyle. Denne fraskillelse udløser energien og ændrer pumpens struktur. ATP bliver til ADP+P og pumpen aktiveres.
- Pumpen aktiveres og strukturen af pumpen ændres. Ændringerne gør, at natriumionerne nu vender ud fra cellen. Fordi strukturen har ændret sig, betyder det også, at natriumionerne ikke længere sidder særlig godt fast, og de bliver derfor fraskilt fra strukturen.
- Når natriumionerne er fraskilt, er der plads til, at kaliumionerne kan sætte sig fast på pumpen. Lige så snart kaliumionerne har sat sig fast, ændrer pumpen struktur igen (denne gang uden ATP), og pumpen vender indad mod cellens indre. Fordi kaliumionerne ikke sidder særlig godt fast på pumpen, bliver de fraskilt inde i cellen.
- Når kaliumionerne er fraskilt, skifter pumpen struktur igen til den originale struktur.
- Pumpen har nu pumpet to positivt ladede kaliumioner ind i cellen og tre positivt ladede natriumioner ud af cellen. Så hver gang pumpen kører en omgang, tilføjer cellen én mere positivt ladet ion uden for cellen. Det resulterer i, at cellens ydre bliver mere positivt ladet end inde i cellen.
Hvilepotentialet.
Pumpen aktiveres for at opretholde hvilepotentialet i cellen. Pumpen aktiveres også for at skifte natriumioner ud med kaliumioner.
Hvilepotentialet er forskellen i elektrisk ladning mellem cellens indre og ydre.
Hvilepotentialet kan ses som det stabile, grundlæggende elektriske mål for cellen i dens afslappede tilstand. Forskellige typer celler har forskellige hvilepotentialer. For en nervecelle er hvilepotentialet -70 mV.
Når en nervecelle skal sende et signal videre, forekommer der et aktionspotentiale, altså et elektrisk signal, der bevæger sig langs nervecellen. Når dette sker, stiger nervecellens elektriske membranpotentiale fra -70 mV til +40 mV.
Aktionspotentiale og natrium- og kaliumkanaler.
Aktionspotentialet aktiveres ved, at natriumkanalerne i cellens membran bliver stimuleret til at åbne. Fordi der er mange flere positive natriumioner uden for cellen end inde i cellen, vil natriumionerne sive ind i cellen.
Fordi natrium, ligesom kalium, er positivt ladet, vil cellens indre blive mere positivt ladet. Det kalder man for en depolarisering, og cellens elektriske potentiale vil, som i nervecellens tilfælde, nå +40 mV.
Når dette sker, vil kaliumkanalen åbne, og positive kaliumioner vil sive ud af cellen. Dette gør, at cellen vil gå tilbage mod sit hvilepotentiale på -70 mV. Dette kalder man for en repolarisering.
Der vil nu være flere natriumioner på indersiden af cellen og flere kaliumioner på ydersiden af cellen. Det betyder, at natrium-kaliumpumpen nu kan gå i gang med at pumpe natriumioner ud og kaliumioner ind i cellen.
Hvilepotentiale, kanaler og pumpen.
- Hvilepotentiale
- Stimulus starter aktionspotentialet og åbner natriumkanalen = +40 mV
- Kaliumkanalen åbner, kalium siver ud = -70 mV
- Natrium-kaliumpumpen pumper natrium ud af cellen, og kalium ind i cellen.
Når der forekommer et aktionspotentiale, altså et elektrisk signal langs cellens membran, stiger cellens elektriske membranpotentiale. I nervecellen stiger den eksempelvis fra -70 mV til +40 mV.
Aktionspotentialet bliver udløst af ionkanaler i cellens membran. I cellens hviletilstand (under hvilepotentialet) er disse lukkede.
Natrium, kalium og kosten
Natrium-kaliumpumpen arbejder med de to elektrolytter natrium og kalium, som kroppen får gennem kosten. Natrium kommer især fra salt, mens kalium blandt andet findes i frugt, grøntsager, bælgfrugter og kartofler. Hos raske holder nyrerne normalt mængden af natrium og kalium i blodet inden for snævre grænser. Er kaliumindholdet i blodet for lavt eller for højt, kan det påvirke nerver, muskler og hjerterytmen, og det skal vurderes af en læge. Pumpen er også det sted, hvor hjertemedicinen digoxin virker: Stoffet hæmmer natrium-kaliumpumpen i hjertemuskelcellerne. Du kan læse mere om de to mineraler i vores artikler om kalium og natrium i kroppen.
Er natrium-kaliumpumpen et enzym?
Ja, natrium-kaliumpumpen fungerer som et enzym. Den katalyserer den aktive transport af natrium- og kaliumioner over cellemembranen, hvilket kræver energi i form af ATP (adenosintrifosfat). ATPase-aktiviteten af pumpen spalter ATP for at frigive den nødvendige energi til at drive transporten af ioner mod deres koncentrationsgradient.
Hvad får Na+/K+-pumpen til at arbejde?
Natrium-kaliumpumpen får energi til at arbejde fra hydrolysen af ATP. Når ATP spaltes til ADP (adenosindifosfat) og et fosfatmolekyle, frigives energi, som pumpen bruger til at transportere tre natriumioner (Na⁺) ud af cellen og to kaliumioner (K⁺) ind i cellen.
Hvad sker der når natrium-kaliumpumpen ikke virker?
Hvis natrium-kaliumpumpen ikke fungerer korrekt, kan det forstyrre cellens elektrokemiske gradient og hvilemembranpotentiale. Dette kan føre til problemer med muskelkontraktion, nerveimpulsoverførsel og generel cellefunktion, hvilket kan resultere i forskellige helbredstilstande, herunder paralyse, uregelmæssig hjerterytme, og andre alvorlige forstyrrelser af kroppens homeostase.
Er natrium-kaliumpumpen en aktiv transport?
Ja, natrium-kaliumpumpen er et eksempel på aktiv transport. Aktiv transport refererer til bevægelsen af molekyler over en cellemembran fra et område med lav koncentration til et område med høj koncentration, hvilket kræver energi. Denne proces er afgørende for at opretholde koncentrationerne af natrium og kalium, som er nødvendige for mange cellulære funktioner.
Hvor findes natrium-kaliumpumpen?
Natrium-kaliumpumpen er lokaliseret i cellemembranen af næsten alle dyreceller. Den er indlejret i cellemembranens lipidbilag og arbejder på tværs af denne barriere for at regulere koncentrationen af natrium og kalium inden i og uden for cellen. Dens tilstedeværelse er afgørende for mange cellulære funktioner, herunder opretholdelse af cellens hvilemembranpotentiale og volumenregulering.
Hvem opdagede natrium-kaliumpumpen?
Natrium-kaliumpumpen blev opdaget af den danske videnskabsmand Jens Christian Skou i 1957. Han identificerede en enzymatisk funktion i cellemembraner, der kunne hydrolysere ATP til ADP og bruge den energi, der blev frigivet, til at pumpe natrium- og kaliumioner mod deres koncentrationsgradienter. For sin opdagelse af Na⁺,K⁺-ATPase, det enzym, der driver denne pumpe, modtog Skou Nobelprisen i kemi i 1997.