Natrium-kaliumpomp

De Natrium-kaliumpomp is een transmembraaneiwit dat stevig verankerd is in het celmembraan. Met behulp van dit eiwit kunnen natriumionen uit de cel worden getransporteerd en kaliumionen de cel in.

Wat is de natrium-kaliumpomp?

De natrium-kaliumpomp is een pomp die zich in het celmembraan bevindt. Door natrium- en kaliumionen te transporteren, zorgt het ervoor dat het zogenaamde rustmembraanpotentieel behouden blijft.

In elke pompcyclus wisselt het drie natriumionen (Na + -ionen) uit voor twee kaliumionen (K + -ionen). Dit creëert een negatief potentieel in de intracellulaire ruimte. Bij het transporteren van deze ionen verbruikt de natrium-kaliumpomp energie in de vorm van adenosinetrifosfaat (ATP).

Functie, effect en taken

De natrium-kaliumpomp werkt voornamelijk als dragerproteïne. Het heeft drie bindingsplaatsen voor natriumionen en twee bindingsplaatsen voor kaliumionen. Er is ook een bindingsplaats voor ATP. Met behulp van ATP kan de ionenpomp drie natriumionen uit het celplasma naar de extracellulaire ruimte transporteren. In ruil daarvoor smokkelt het twee kaliumionen uit het cytoplasma de cel in. Dit proces verloopt in verschillende stappen.

Aanvankelijk staat het dragereiwit open voor het cytoplasma. Drie natriumionen komen het eiwit binnen via de opening en binden zich aan de specifieke bindingsplaatsen. Aan de binnenkant van het eiwitmembraan nestelt zich ook een ATP-molecuul op de aangewezen bindingsplaats. Dit molecuul wordt vervolgens gesplitst door het vrijkomen van water. De resulterende fosfaatgroep wordt korte tijd gebonden door een aminozuur van de natrium-kaliumpomp. Energie komt vrij wanneer het ATP-molecuul afbreekt. Hierdoor verandert de ruimtelijke opstelling van de natrium-kaliumpomp en gaat het dragereiwit open in de richting van de extracellulaire ruimte.

De drie natriumionen maken zich dan los van hun bindingspunten en komen zo in het externe medium. Twee kaliumionen komen nu het eiwit binnen via de open opening. Deze hechten ook aan de bindingsplaatsen. De gebonden fosfaatgroep wordt nu afgesplitst.Dit verandert de conformatie van de natrium-kaliumpomp terug naar zijn oorspronkelijke staat. De kaliumionen lossen nu op en stromen naar het binnenste van de cel. Door dit proces handhaaft de natrium-kaliumpomp het zogenaamde rustmembraanpotentieel.

Opleiding, voorkomen en eigenschappen

De rustmembraanpotentiaal beschrijft de membraanpotentiaal van potentieel prikkelbare cellen in rusttoestand. Membraanpotentialen worden met name aangetroffen in zenuwcellen of spiercellen. Afhankelijk van het celtype ligt de rustmembraanpotentiaal tussen -100 en -50 mV. Voor de meeste zenuwcellen is het -70 mV. De binnenkant van de cel is negatief geladen ten opzichte van de buitenkant van de cel.

Het rustpotentieel van een cel is een voorwaarde voor de geleiding van excitatie in de zenuwen en voor het beheersen van spiercontractie. De natrium-kaliumpomp kan door verschillende stoffen worden geremd. Hartglycosiden remmen bijvoorbeeld het dragereiwit. Hartglycosiden worden voorgeschreven bij chronisch hartfalen en atriumfibrilleren. Door de pomp te remmen blijft er meer natrium in de cellen. De intracellulaire natriumconcentratie en de extracellulaire natriumconcentratie komen samen.

Door de natrium-calciumwisselaar te remmen, blijft er meer calcium in de cel. Dit verhoogt de samentrekbaarheid van het hart. Het remmen van de natrium-kaliumpomp kan ook leiden tot hyperkaliëmie. Omgekeerd kan de natrium-kaliumpomp ook farmacologisch gestimuleerd worden. Dit gebeurt bijvoorbeeld door insuline of adrenaline toe te dienen. Het stimuleren van de pomp kan hypokaliëmie veroorzaken.

Ziekten en aandoeningen

Een zeer zeldzame ziekte die is gebaseerd op een defect in de natrium-kaliumpomp is het acuut ontstaan ​​van het parkinsonisme-dystonie-syndroom. Het is een ziekte die wordt overgeërfd als een autosomaal dominante eigenschap. Het begint meestal in de kindertijd of adolescentie.

Dystonie met tremoren, convulsies en onvrijwillige bewegingen treedt binnen enkele uren op. Na een korte tijd is er een ernstig gebrek aan lichaamsbeweging tot en met immobiliteit. Een effectieve therapie voor de ziekte is nog niet bekend.

Sommige dierstudies suggereren dat defecten in de natrium-kaliumpomp een mogelijke oorzaak van epilepsie kunnen zijn. Bij het zoeken naar genetische defecten die epilepsie zouden kunnen veroorzaken, kwamen de onderzoekers een mutatie in het ATP1a3-gen tegen. Dit is verantwoordelijk voor de werking van de natrium-kaliumpomp. In het Duits wordt epilepsie ook wel convulsies of epilepsie genoemd. Afhankelijk van het gebied van de hersenen dat tijdens de aanval wordt ontladen, zijn er verschillende symptomen.

Zo kunnen spiertrekkingen of spanning in de spieren optreden, kunnen getroffenen zich luid uiten in aanvallen of kunnen ze bliksem, strepen of schaduwen zien. Onaangename geurstoornissen of akoestische waarnemingsstoornissen kunnen ook voorkomen. Met name de zogenaamde status epilepticus kan levensbedreigend zijn. Dit zijn gegeneraliseerde tonisch-clonische aanvallen die 5 tot 30 minuten kunnen duren.

Een defect in de natrium-kaliumpomp kan ook een mogelijke trigger zijn voor migraine. Onderzoekers hebben genetische veranderingen op chromosoom 1 ontdekt bij migrainepatiënten. Dit gen leidt tot een defect in de natrium-kaliumpomp in de membranen van de cellen. Als gevolg hiervan worden de cellen opgeblazen en afgerond. Dit zou de kenmerkende pijn van migraine veroorzaken. Migraine is een neurologische aandoening die ongeveer 10% van de bevolking treft. Vrouwen worden significant vaker getroffen dan mannen. Het klinische beeld van migraine is zeer wisselend.

Meestal gaat het om toevallen, pulserende en eenzijdige hoofdpijn. Deze komen periodiek voor. Symptomen zoals misselijkheid, braken, gevoeligheid voor geluid of gevoeligheid voor licht kunnen ook voorkomen. Sommige patiënten melden visuele of sensorische stoornissen in de waarneming vóór de daadwerkelijke migraineaanval. Men spreekt hier van een migraine-aura. Migraine is een diagnose van uitsluiting en kan momenteel niet worden genezen.