Sodium-draselné čerpadlo

Sodium-draselné čerpadlo je transmembránový protein, který je pevně ukotven v buněčné membráně. S pomocí tohoto proteinu mohou být sodné ionty transportovány z buňky a ionty draslíku do buňky.

Co je to sodno-draselné čerpadlo?

Pumpa sodík-draslík je pumpa, která je umístěna v buněčné membráně. Transportem sodných a draselných iontů zajišťuje zachování tak zvaného klidového membránového potenciálu.

V každém čerpacím cyklu vymění tři sodné ionty (Na + ionty) za dva draselné ionty (K + ionty). To vytváří negativní potenciál v intracelulárním prostoru. Při transportu těchto iontů spotřebuje sodno-draselné čerpadlo energii ve formě adenosintrifosfátu (ATP).

Funkce, efekt a úkoly

Pumpa sodík-draslík působí primárně jako nosičový protein. Má tři vazebná místa pro ionty sodíku a dvě vazebná místa pro ionty draslíku. Existuje také vazebné místo pro ATP. Pomocí ATP může iontová pumpa transportovat tři sodné ionty z buněčné plazmy do extracelulárního prostoru. Na oplátku pašuje dva ionty draslíku z cytoplazmy do buňky. Tento proces probíhá v několika krocích.

Zpočátku je nosný protein otevřený cytoplazmě. Tři sodné ionty vstupují do proteinu skrz otvor a vážou se na specifická vazebná místa. Na vnitřní straně proteinové membrány se také ATP molekula usadí na určeném vazebném místě. Tato molekula je pak rozdělena s uvolňováním vody. Výsledná fosfátová skupina je na krátkou dobu vázána aminokyselinou sodno-draselné pumpy. Energie se uvolní, když se molekula ATP rozpadne. Tím se mění prostorové uspořádání sodíkové a draselné pumpy a nosný protein se otevírá ve směru extracelulárního prostoru.

Tři sodné ionty se pak od svých vazebných bodů oddělují a vstupují tak do vnějšího média. Dva draselné ionty nyní vstupují do proteinu skrz otevřenou mezeru. Ty se také připojují k vazebným místům. Vázaná fosfátová skupina je nyní odštěpena.To změní konformaci sodno-draselné pumpy zpět do původního stavu. Draselné ionty se nyní rozpustí a stékají do vnitřku buňky. Tímto postupem udržuje sodno-draselné čerpadlo co je známé jako klidový membránový potenciál.

Vzdělávání, výskyt a vlastnosti

Klidový membránový potenciál popisuje membránový potenciál potenciálně excitovatelných buněk v klidovém stavu. Membránový potenciál se nachází zejména v nervových buňkách nebo svalových buňkách. V závislosti na typu buňky je klidový membránový potenciál mezi -100 a -50 mV. Pro většinu nervových buněk je to -70 mV. Vnitřek buňky je záporně nabitý ve srovnání s vnější stranou buňky.

Klidový potenciál buňky je předpokladem pro vedení excitace v nervech a pro kontrolu svalové kontrakce. Pumpa sodík-draslík může být inhibována různými látkami. Například srdeční glykosidy inhibují nosičový protein. Srdeční glykosidy jsou předepisovány pro chronické srdeční selhání a fibrilaci síní. Inhibicí pumpy zůstává v buňkách více sodíku. Koncentrace intracelulárního sodíku a extracelulární koncentrace sodíku se sbíhají.

Inhibicí výměníku sodíku a vápníku zůstává v buňce více vápníku. To zvyšuje kontraktilitu srdce. Inhibice sodno-draselné pumpy může také vést k hyperkalémii. Naproti tomu pumpa sodík-draslík může být také stimulována farmakologicky. To se provádí například podáváním inzulínu nebo adrenalinu. Stimulace pumpy může vést k hypokalémii.

Nemoci a poruchy

Velmi vzácným onemocněním, které je založeno na defektu sodíkové a draselné pumpy, je akutní nástup syndromu parkinsonismu a dystonie. Je to onemocnění, které se dědí jako autozomálně dominantní rys. Obvykle to začíná v dětství nebo dospívání.

Dystonie s třesem, křečemi a nedobrovolnými pohyby se objeví během několika hodin. Po krátké době je vážný nedostatek pohybu až do imobility včetně. Účinná terapie tohoto onemocnění není dosud známa.

Některé studie na zvířatech naznačují, že vady sodík-draselné pumpy mohou být možnou příčinou epilepsie. Při hledání genetických defektů, které by mohly způsobit epilepsii, narazili vědci na mutaci genu ATP1a3. To je odpovědné za fungování čerpadla sodíku a draslíku. V němčině je epilepsie známá také jako křeče nebo epilepsie. V závislosti na oblasti mozku, která je během záchvatu vybita, existují různé příznaky.

Například se může objevit záškuby nebo napětí svalů, postižené se mohou při útokech hlasitě vyjádřit nebo vidí blesky, pruhy nebo stíny. Mohou se také vyskytnout nepříjemné poruchy vůně nebo poruchy akustického vnímání. Obzvláště tzv. Status epilepticus může být život ohrožující. Jedná se o generalizované tonicko-klonické záchvaty, které mohou trvat kdekoli od 5 do 30 minut.

Defekt v sodík-draselné pumpě by mohl být také možným spouštěčem migrén. Vědci objevili genetické změny na chromozomu 1 u migrény. Tento gen vede k defektu v sodík-draselné pumpě v membránách buněk. Výsledkem jsou nafouklé a zaoblené buňky. To by mělo způsobit charakteristickou bolest migrény. Migréna je neurologické onemocnění, které postihuje asi 10% populace. Ženy jsou postiženy výrazně častěji než muži. Klinický obraz migrén je velmi variabilní.

Obvykle se objevují záchvaty, pulzující a jednostranné bolesti hlavy. Tyto se periodicky opakují. Kromě toho se mohou objevit příznaky, jako je nevolnost, zvracení, citlivost na hluk nebo citlivost na světlo. Někteří pacienti hlásí zrakové nebo smyslové poruchy ve vnímání před skutečným záchvatem migrény. Jeden zde mluví o migréně aury. Migréna je diagnóza vyloučení a v současné době ji nelze vyléčit.