Pompa sodio-potassio

Il Pompa sodio-potassio è una proteina transmembrana che è saldamente ancorata alla membrana cellulare. Con l'aiuto di questa proteina, gli ioni di sodio possono essere trasportati fuori dalla cellula e gli ioni di potassio nella cellula.

Cos'è la pompa sodio-potassio?

La pompa sodio-potassio è una pompa che si trova nella membrana cellulare. Trasportando ioni sodio e potassio, garantisce il mantenimento del cosiddetto potenziale di membrana a riposo.

In ogni ciclo di pompaggio scambia tre ioni sodio (ioni Na +) con due ioni potassio (ioni K +). Questo crea un potenziale negativo nello spazio intracellulare. Durante il trasporto di questi ioni, la pompa sodio-potassio consuma energia sotto forma di adenosina trifosfato (ATP).

Funzione, effetto e compiti

La pompa sodio-potassio agisce principalmente come una proteina vettore. Ha tre siti di legame per gli ioni sodio e due siti di legame per gli ioni di potassio. C'è anche un sito vincolante per ATP. Usando l'ATP, la pompa ionica può trasportare tre ioni sodio dal plasma cellulare nello spazio extracellulare. In cambio, contrabbanda due ioni di potassio dal citoplasma nella cellula. Questo processo si svolge in più fasi.

Inizialmente, la proteina vettore è aperta al citoplasma. Tre ioni di sodio entrano nella proteina attraverso l'apertura e si legano ai siti di legame specifici. All'interno della membrana proteica, una molecola di ATP si deposita anche sul sito di legame designato. Questa molecola viene quindi scissa con il rilascio di acqua. Il gruppo fosfato risultante è legato per un breve periodo da un amminoacido della pompa sodio-potassio. L'energia viene rilasciata quando la molecola di ATP si rompe. Questo cambia la disposizione spaziale della pompa sodio-potassio e la proteina trasportatrice si apre nella direzione dello spazio extracellulare.

I tre ioni sodio si staccano quindi dai loro siti di legame e quindi entrano nel mezzo esterno. Due ioni di potassio ora entrano nella proteina attraverso lo spazio aperto. Questi si attaccano anche ai siti di rilegatura. Il gruppo fosfato legato è ora scisso.Ciò riporta la conformazione della pompa sodio-potassio al suo stato originale. Gli ioni di potassio ora si dissolvono e fluiscono all'interno della cellula. Attraverso questo processo, la pompa sodio-potassio mantiene quello che è noto come potenziale di membrana a riposo.

Istruzione, presenza e proprietà

Il potenziale di membrana a riposo descrive il potenziale di membrana di cellule potenzialmente eccitabili nello stato di riposo. I potenziali di membrana si trovano in particolare nelle cellule nervose o muscolari. A seconda del tipo di cellula, il potenziale di membrana a riposo è compreso tra -100 e -50 mV. Per la maggior parte delle cellule nervose è -70 mV. L'interno della cella è caricato negativamente rispetto all'esterno della cella.

Il potenziale di riposo di una cellula è un prerequisito per la conduzione dell'eccitazione nei nervi e per il controllo della contrazione muscolare. La pompa sodio-potassio può essere inibita da varie sostanze. Ad esempio, i glicosidi cardiaci inibiscono la proteina vettore. I glicosidi cardiaci sono prescritti per l'insufficienza cardiaca cronica e la fibrillazione atriale. Inibendo la pompa, rimane più sodio nelle cellule. La concentrazione di sodio intracellulare e la concentrazione di sodio extracellulare convergono.

Inibendo lo scambiatore sodio-calcio, rimane più calcio nella cellula. Ciò aumenta la contrattilità del cuore. L'inibizione della pompa sodio-potassio può anche portare a iperkaliemia. Al contrario, la pompa sodio-potassio può anche essere stimolata farmacologicamente. Questo viene fatto, ad esempio, somministrando insulina o adrenalina. La stimolazione della pompa può provocare ipokaliemia.

Malattie e disturbi

Una malattia molto rara che si basa su un difetto della pompa sodio-potassio è l'insorgenza acuta della sindrome parkinsonismo-distonia. È una malattia ereditata come tratto autosomico dominante. Di solito inizia durante l'infanzia o l'adolescenza.

La distonia con tremori, convulsioni e movimenti involontari si verifica entro poche ore. Dopo poco tempo, c'è una grave mancanza di esercizio fino all'immobilità inclusa. Una terapia efficace per la malattia non è ancora nota.

Alcuni studi sugli animali suggeriscono che i difetti nella pompa sodio-potassio possono essere una possibile causa di epilessia. Durante la ricerca di difetti genetici che potrebbero causare l'epilessia, i ricercatori hanno riscontrato una mutazione nel gene ATP1a3. Questo è responsabile del funzionamento della pompa sodio-potassio. In tedesco, l'epilessia è anche conosciuta come convulsioni o epilessia. A seconda della regione del cervello che viene scaricata durante il sequestro, ci sono diversi sintomi.

Ad esempio, possono verificarsi contrazioni o tensione dei muscoli, le persone colpite possono esprimersi ad alta voce negli attacchi o possono vedere fulmini, strisce o ombre. Possono anche verificarsi disturbi dell'olfatto o disturbi della percezione acustica. Il cosiddetto stato epilettico in particolare può essere pericoloso per la vita. Queste sono crisi tonico-cloniche generalizzate che possono durare da 5 a 30 minuti.

Un difetto nella pompa sodio-potassio potrebbe anche essere un possibile fattore scatenante per l'emicrania. I ricercatori hanno scoperto cambiamenti genetici sul cromosoma 1 negli emicranici. Questo gene porta a un difetto nella pompa sodio-potassio nelle membrane delle cellule. Il risultato sono cellule gonfie e arrotondate. Questo dovrebbe causare il dolore caratteristico dell'emicrania. L'emicrania è una malattia neurologica che colpisce circa il 10% della popolazione. Le donne sono colpite molto più spesso degli uomini. Il quadro clinico dell'emicrania è molto variabile.

In genere, si tratta di convulsioni, mal di testa pulsanti e unilaterali. Questi si ripresentano periodicamente. Possono verificarsi anche sintomi come nausea, vomito, sensibilità al rumore o sensibilità alla luce. Alcuni pazienti riferiscono disturbi visivi o sensoriali nella percezione prima dell'attacco di emicrania vero e proprio. Si parla qui di un'aura di emicrania. L'emicrania è una diagnosi di esclusione e attualmente non può essere curata.