Natrijevo-kalijeva črpalka: delovanje in bolezni

O natrijev-kalij črpalka je transmembranski protein, ki je trdno zasidran v celična membrana. S pomočjo te beljakovine, natrijev ione lahko prenesemo iz celice in kalij ioni v celico.

Kaj je natrijevo-kalijeva črpalka?

O natrijev-kalij črpalka je črpalka, ki se nahaja v celična membrana. Ohranja tako imenovani membranski potencial v mirovanju s prenosom natrijevih in kalijevih ionov. V vsakem ciklu črpalke zamenja tri natrijeve ione (Na + ioni) za dva kalijeva iona (K + ioni). Na ta način zagotavlja negativni potencial v znotrajceličnem prostoru. Za transport teh ionov natrijevo-kalijeva črpalka porabi energijo v obliki adenozin trifosfat (ATP).

Funkcija, delovanje in vloge

Natrijevo-kalijeva črpalka deluje predvsem kot nosilna beljakovina. Ima tri vezavna mesta za natrijeve ione in dva vezavna mesta za kalijeve ione. Podobno obstaja tudi eno vezno mesto za ATP. Z uporabo ATP lahko ionska črpalka prenese tri natrijeve ione iz citoplazme v zunajcelični prostor. V zameno prenaša dva kalijeva iona iz citoplazme v celico. Ta postopek poteka v več korakih. Najprej je nosilna beljakovina odprta za citoplazmo. Trije natrijevi ioni skozi odprtino vstopijo v beljakovine in se vežejo na specifična vezavna mesta. Na notranji strani proteinske membrane se na določeno vezavno mesto pritrdi tudi molekula ATP. Ta molekula se nato sprosti s sproščanjem voda. Rezultat tega fosfat skupino za kratek čas veže aminokislina natrijeve-kalijeve črpalke. Med cepitvijo molekule ATP se energija sprosti. To spremeni prostorsko razporeditev natrijeve-kalijeve črpalke in se nosilni protein odpre proti zunajceličnemu prostoru. Trije natrijevi ioni se nato odlepijo od svojih vezavnih mest in vstopijo v zunanji medij. Dva kalijeva iona zdaj vstopata v beljakovine skozi odprto režo. Ti se tudi pritrdijo na mesta vezave. Vezani fosfat skupina je zdaj odcepljena. To spremeni konformacijo natrijeve-kalijeve črpalke v prvotno stanje. Zdaj se kalijevi ioni odlepijo in se pretakajo v notranjost celice. S tem postopkom natrijevo-kalijeva črpalka ohranja tako imenovani membranski potencial v mirovanju.

Oblikovanje, pojav in lastnosti

Membranski potencial v mirovanju se nanaša na membranski potencial potencialno razdražljivih celic v mirovanju. Membranski potenciali najdemo zlasti v živčnih celicah ali mišičnih celicah. Glede na vrsto celice se potencial mirujoče membrane giblje med -100 in -50 mV. V večini živčnih celic znaša -70 mV. Tako je notranjost celice negativno nabita v primerjavi z zunanjostjo celice. Počivalni potencial celice je predpogoj za prevodnost vzbujanja živci in za nadzor krčenja mišic. Natrijevo-kalijevo črpalko lahko zavirajo različne snovi. Na primer srčni glikozidi zavirajo nosilni protein. Srčni glikozidi so predpisani za kronično srce neuspeh in atrijsko fibrilacijo. Z zaviranjem črpalke ostane v celicah več natrija. Znotrajcelični natrij koncentracija koncentracija natrijevega natrija pa se konvergira. Inhibicija natrijevegakalcij izmenjevalnik povzroči, da v celici ostane več kalcija. To povečuje krčljivost srce. Lahko pa tudi zaviranje natrijeve-kalijeve črpalke vodi do hiperkaliemija. Nasprotno pa lahko farmakološko stimuliramo tudi natrijevo-kalijevo črpalko. To se na primer naredi z dajanjem insulina ali epinefrin. Stimulacija črpalke lahko vodi do hipokalemija.

Bolezni in motnje

Zelo redka motnja, na kateri temelji okvara natrijeve-kalijeve črpalke, je sindrom parkinsonizma-distonije z akutnim začetkom. Gre za motnjo, ki se podeduje avtosomno prevladujoče. Običajno se začne v otroštvo ali mladostništvo. V nekaj urah se pojavi distonija s tresenjem, krči in nehotenimi gibi. Po kratkem času temu sledi močno pomanjkanje gibanja in celo nepremičnost. Učinkovito terapija kajti bolezen še ni znana. Nekatere študije na živalih kažejo, da so lahko napake v natrijevo-kalijevi črpalki možen vzrok epilepsija. V iskanju gen napake, ki bi jih lahko povzročile epilepsija, so raziskovalci naleteli na mutacijo v ATP1a3 gen.To je odgovorno za delovanje natrijeve-kalijeve črpalke. Epilepsija je v nemščini znan tudi kot Krampfleiden ali Fallsucht. Odvisno od regije možganov da se pri epileptičnih napadih pojavijo različni simptomi. Na primer trzanje ali lahko pride do napenjanja mišic, prizadeta oseba lahko izda glasne zvoke, podobne napadom, ali pa zazna bliskavice, proge ali sence. Neprijeten Vonj lahko se pojavijo tudi napačne predstave ali motnje zvočnega zaznavanja. Zlasti lahko tako imenovani epileptični status postane življenjsko nevaren. Ti so splošni tonik-klonični napadi, ki lahko trajajo od 5 do 30 minut. Možen vzrok je lahko tudi napaka v natrijevo-kalijevi črpalki migrena. Raziskovalci so odkrili gen spremembe na kromosomu 1 v migrena bolnikov. Ta gen vodi do okvare natrijeve-kalijeve črpalke v membranah celic. Posledično se razvijejo napihnjene in zaobljene celice. Verjame se, da to povzroča značilnost bolečina of migrena. Migrena je nevrološka bolezen, ki prizadene približno 10% prebivalstva. Ženske so prizadete bistveno pogosteje kot moški. Klinična slika migrene je zelo spremenljiva. Običajno gre za napad, pulsacijo in hemiplegiko glavoboli. Ti se občasno ponavljajo. Poleg tega simptomi, kot so slabost, bruhanje, lahko se pojavi tudi občutljivost na zvok ali svetlobo. Nekateri bolniki poročajo o motnjah vida ali čutnega zaznavanja pred dejanskimi migrena napad. To imenujemo tudi migrenska avra. Migrena je diagnoza izključenosti in trenutno nima zdravila.