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 ionbalancen er optimal. Det er særligt vigtigt for cellens 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 kalium ioner (K+) ind i cellen, og tre natrium ioner (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 dens inaktive stadie er åben mod indersiden af cellen. I inderside af cellen vil der være en høj koncentration af Natrium-ioner (Na+), som sætter sig på pumpen.
- Når Natrium-kaliumpumpen skal aktiveres, kommer ATP ind og aktivere pumpen. ATP, som er et molekyle med tre fosfatet, fraskiller et enkelt fosfat molekyle. Denne fraskilles udløser energien og ændrer pumpens struktur. ATP bliver til ADP+P og pumpen aktiveres.
- Pumpen aktiveres og strukturen af pumpen ændres. Ændringer gør at Natrium ionerne nu vender ud fra cellen. Fordi strukturen har ændret sig betyder det også at natrium ikke længere sidder særlig godt fast og de bliver derfor fraskilt fra strukturen.
- Når Natrium ionerne er fraskilt, er der plads til at Kalium ionerne kan sætte sig fast på pumpen. Lige så snart Kalium Ionerne har sat sig fast ændre pumpen struktur igen (denne gang uden ATP) og pumpen vender indad mod cellens indre. Fordi Kalium Ionerne ikke sidder særlig godt fast på pumpen bliver de fraskilt inde i cellen.
- Når Kalium ionerne er fraskilt skifter pumpen struktur igen til den originale struktur.
- Pumpen har nu pumpet to positivt ladet kalium ioner ind i cellen og tre positivt ladede natrium ioner ud af cellen. Så, hver gang pumpe kører en omgang tilføjer cellen én mere positivt ladet ion udenfor 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 natrium ioner ud med kalium ioner.
Hvilepotentialet er forskellen i elektrisk ladning mellem cellens indre og ydre.
Hvilepotentialet kan ses som det stabile, grundlæggende elektriske mål for cellen i dens afslappende tilstand. Forskellige typer celler har forskellige typer. For en nervecelle er hvilepotentialet -70 mV.
Når en nervecelle skal sende et signal videre, forekommer der et aktionspotentiale, altså et signal mellem to nerveceller. Når dette sker, stiger nervecellens elektriske membranpotentiale fra -70 mV til +40 mV.
Aktionspotentiale og natrium og kalium kanaler.
Aktionspotentialet aktiveres ved at natriumkanalerne i cellens membran bliver stimuleret til at åbne. Fordi der er mange flere positive natrium ioner udenfor cellen, end der er positive kalium ionen indenfor cellen, vil natrium ionerne 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 kalium ioner vil sive ud af cellen. Dette gør at cellen vil gå tilbage mod dens hvilepotentiale på -70 mV. Dette kalder man for en repolarisering.
Der vil nu være flere natrium ioner på indersiden af cellen, og flere kalium ioner på ydersiden af cellen. Det betyder at Natrium-kalium pumpen nu kan gå igang med at pumpe natrium ioner ud, og kalium ioner ind i cellen.
Hvilepotentiale, kanaler og pumpen.
- Hvilkepotentiale
- Stimulus starter aktionspotentialet og åbner natrium kanalen = +45 mV
- Kalium kanal åbner, kalium siver ud = -70 mV
- Natriumkaliumpumpen pumper natrium ud af cellen, og kalium ind i cellen.
Når der forekommer et aktionspotentiale, altså et signal mellem celler, stiger cellens elektriske membranepotentiale. 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.
Er natrium-kalium-pumpen et enzym?
Ja, natrium-kalium-pumpen 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-kalium-pumpen 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-kalium-pumpen ikke virker?
Hvis natrium-kalium-pumpen 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-kalium-pumpen en aktiv transport?
Ja, natrium-kalium-pumpen er et eksempel på aktiv transport. Aktiv transport refererer til bevægelsen af molekyler over en celle membran 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-kalium-pumpen?
Natrium-kalium-pumpen 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-kalium-pumpen?
Natrium-kalium-pumpen 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.