Natrium-Kalium-Pumpe

Natrium-Kalium-Pumpe einfach erklärt

Eine Ionenpumpe ist ein Protein (Enzym ) in deiner Zellmembran , das Ionen von einer Seite der Membran auf die andere Seite transportieren kann. Dazu gehört auch die Natrium Kalium Pumpe. Sie pumpt drei Natriumionen aus der Zelle heraus und im Gegenzug dafür zwei Kaliumionen in die Zelle hinein. 

Dazu benötigt die Pumpe Energie und spaltet deshalb für jeden Transportvorgang ein Adenosintriphosphat (ATP) ab. Du nennst sie daher auch Natrium-Kalium-ATPase. Ein Transportprozess, der Energie benötigt, heißt primär aktiver Transport. Er kann entgegen eines Konzentrationsgefälles ablaufen. Das heißt, es werden Teilchen vom Ort niedriger zum Ort höherer Konzentration transportiert. So hält die Natrium Kalium Pumpe den Konzentrationsunterschied in den Zellen aufrecht. 

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Natrium-Kalium-Pumpe Funktion

Die Natrium Kalium ATPase transportiert Na⁺ Ionen aus der Zelle heraus und K⁺ Ionen in die Zelle zurück. Sie sorgt also für einen entgegengesetzten Transport der Ionen. Daher bezeichnest du sie auch als Antiporter. Das bedeutet für die Zelle, dass drei positive Ladungen entfernt und nur zwei positive Ladungen wieder hinzugefügt werden. Bei jedem Transport nimmt die Gesamtladung innerhalb der Zelle also um eins ab. Auf Dauer ist die Zelle dann negativer geladen. Ein Transportprotein, das eine elektrische Spannung aufbaut, nennst du elektrogen.

Aber was bringt das? Das Transportprotein wirkt durch seinen Pumpvorgang aktiv einem Ladungsausgleich entgegen. Denn es pumpt die Ionen entgegen ihres Konzentrationsgradienten. Dadurch kann die Zelle eine negative Spannung aufrechterhalten (= Ruhepotential). Das ist vor allem für Nervenzellen wichtig. Nur durch ein stabiles Ruhepotential sind sie in der Lage, elektrische Reize weiterzuleiten.

Normalerweise ist die Konzentration von Kaliumionen in der Zelle hoch, während die Natriumkonzentration außerhalb der Zelle hoch ist. In Ruhe sind die Kaliumionenkanäle in der Zellmembran geöffnet. So können die Kaliumionen aus der Zelle herausströmen.

Gleichzeitig gibt es sogenannte Na⁺ Leckströme. Das sind Ströme von Natriumionen direkt durch die Membran. Die Ionen bewegen sich also entlang ihres Konzentrationsgradienten, um die Konzentration auszugleichen. Da die Ionen geladen sind, würde es auf Dauer zu einem Ladungsausgleich kommen. Dem wirkt die Ionenpumpe also entgegen.

Natrium-Kalium-Pumpe Mechanismus

Die Kalium Natrium Pumpe transportiert drei Natriumionen vom Cytoplasma nach draußen (Extrazellulärraum) und zwei Kaliumionen vom Extrazellulärraum ins Cytoplasma zurück. Bei jedem Transportvorgang verbraucht sie ein Molekül ATP. Schauen wir uns den Prozess jetzt Schritt für Schritt an. 

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1. Die Na⁺-K⁺-ATPase ist ins Zellinnere geöffnet. Drei Natrium Ionen binden an für sie spezifische Bindungsstellen. 
2. Ein ATP-Molekül bindet an seine Bindungsstelle am innenliegenden Teil des Proteins. ATP wird hydrolysiert (gespalten) in ADP (Adenosindiphosphat) und ein Phosphatrest. Nur das Phosphat bleibt an der Bindestelle gebunden. 
3. Die freigesetzte Energie führt zu einer Konformationsänderung des Enzyms. Es schließt sich auf der Innenseite, während es sich nach außen hin öffnet. 
4. Die drei Natrium Ionen lösen sich aus dem Protein. Zwei von außen kommende Kaliumionen werden an spezifische Bindungsstellen im Enzym gebunden. 
5. Der Phosphatrest wird abgespalten. Die Form des Proteins ändert sich und nimmt wieder seine Ursprungsform an. 
6. Die Kaliumionen lösen sich aus der Bindestelle und gelangen ins Cytoplasma. Der Ausgangszustand ist wieder erreicht und ein neuer Pumpvorgang kann beginnen. 

Du weißt jetzt, wie die Natrium-Kalium-Pumpe die Ionen entgegen ihres Konzentrationsgradienten transportiert. So hält sie das Ruhepotential der Zellen konstant. Wenn du wissen möchtest, was du unter dem Ruhepotential verstehst, gibt es hier das nächste Video für dich!

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