Natrium-kalium-pumpe: Gendannelse af nevralt hvilepotentiale efter handlingspotentialer

Na⁺/K⁺-ATPase-pumpen er den molekylære maskine, der opretholder det nevrale hvilemembranpotentiale (~ -70 mV) ved aktivt at transportere ioner mod deres elektrokemiske gradienter.

Mekanisme: Transport-cyklus

1. Intracellulær binding: 3 Na⁺-ioner binder til høj-affinitets-steder på det cytoplasmiske side af pumpen.
2. ATP-hydrolyse: ATP → ADP + Pi; fosfatgruppen fosforylerer pumpen (E1~P konformation).
3. Konformationsskift (E1→E2): Pumpen åbner til ekstra-cellulært side; Na⁺ frigives (lav affinitet).
4. Ekstra-cellulær binding: 2 K⁺-ioner binder til det ekstra-cellulære ansigt.
5. De-fosforylering: Pi frigives; pumpen vender til E2-konformation.
6. Konformationsskift (E2→E1): Pumpen åbner til cytoplasma; K⁺ frigives (lav affinitet).
7. Cyklus gentages.

Netto: 3 Na⁺ ud, 2 K⁺ ind per ATP → elektrogenet (netto udadgående positiv strøm), bidrager ~ -5 til -10 mV direkte til hvilepotentialet.

Rolle efter handlingspotentialer

Under et handlingspotentiale dissipere Na⁺-indstrømning og K⁺-udstrømning midlertidigt gradienter. Na⁺/K⁺-pumpen gendanner ion-gradienterne over sekunder til minutter, muliggør efterfølgende ekscitabilitet. Uden den ville neuroner depolarisere irreversibelt.

Ud over neuroner

Ubiikvitøs i dyreceller. Regulerer cellevolumen, pH, sekundær aktiv transport (Na⁺-glukose, Na⁺/Ca²⁺-veksler), renal Na⁺-reabsorption, vaskulær tone, kardial kontraktilitet (via Na⁺/Ca²⁺-veksler). Digitalis hæmmer pumpen → ↑intracellulært Na⁺ → ↓Na⁺/Ca²⁺-veksling → ↑intracellulært Ca²⁺ → ↑kontraktilitet.

Na⁺/K⁺-pumpen er batteri-laderen for cellulær elektrofysiologi – konstant kørende, forbruger ~20–40 % af hjernens ATP.