Hoe werkt de natriumkaliumpomp

Inleiding

Tijdens het vak biologie kom je heel veel verschillende onderwerpen tegen. De ene keer heb je het over de anatomie van het menselijk lichaam terwijl je tijdens een volgende les misschien weer veel leert over ingewikkelder zaken zoals impulsgeleiding. Wanneer je het over impulsgeleiding hebt, komt ook vaak de natriumkaliumpomp om de hoek kijken. Veel mensen vinden dit een ingewikkeld onderwerp, aangezien het allemaal zo klein en abstract is. In dit artikel wordt daarom geschreven over de vragen: wat is de natriumkaliumpomp en hoe werkt deze nou eigenlijk?

Het nut van de natriumkaliumpomp

De natriumkaliumpomp is een eiwit dat op verschillende plekken op het celmembraan zit, zoals bij zenuwcellen en spiercellen. De natriumkaliumpomp zorgt ervoor dat natriumionen van binnen naar buiten de cel gepompt worden. Kaliumionen worden andersom van de buitenkant de cel ingepompt. Natrium- en kaliumionen hebben beide een lading van +1. De natriumkaliumpomp pompt meer natriumionen de cel uit dan er kaliumionen de cel binnen gepompt worden. Met andere woorden: meer positieve deeltjes gaan de cel uit dan er terugkomen.

Ten opzichte van de buitenkant van de celmembraan, krijgt de binnenkant van de cel dus een negatieve lading. Bij cellen in rust is deze negatieve lading er. Hieruit blijkt meteen het belang van de natriumkaliumpomp: deze pomp zorgt ervoor dat cellen in een rusttoestand kunnen verkeren. Ook cellen hebben hun rust nodig. Het is namelijk dodelijk vermoeiend wanneer je bijvoorbeeld altijd je spieren en dus spiercellen zou moeten aanspannen. De natriumkaliumpomp zorgt ervoor dat je (spier- en zenuw)cellen in rust kunnen verkeren.

De algemene werking

Zoals al gezegd werd, zorgt de natriumkaliumpomp ervoor dat natriumionen naar buiten de cel gepompt worden en kaliumionen de cel in gepompt worden. Door deze pomp blijven de concentraties van de natrium- en kaliumionen aan de binnen- en buitenkant van het membraan gelijk en ontstaat er een constant negatief elektrisch voltage binnenin de cel waardoor de cel in rust verkeert.

De natriumkaliumpomp is een eiwit dat bestaat uit twee bolvormige onderdelen, subeiwitten. Een kleinere (bèta-)subunit en een grotere (alfa-)subunit. De functie van het kleinere eiwit is niet bekend. Het grotere eiwit heeft echter drie eigenschappen die van belang zijn voor de werking van de pomp.

• Aan de binnenkant zitten drie bindingsplekken voor natriumionen.
• Aan de buitenkant zitten twee bindingsplekken voor kaliumionen.
• Aan de binnenkant werkt het enzym ATP-ase.

Wanneer de drie bindingsplekken voor natriumionen en de twee bindingsplekken voor kaliumionen zijn bezet, zorgt ATP-ase ervoor dat één ATP (een deeltje dat een opslagplek is voor energie) wordt gesplitst tot ADP. Hier komt een grote hoeveelheid energie bij vrij en die zorgt ervoor dat drie natriumionen naar buiten worden getransporteerd en twee kaliumionen naar binnen.

De natriumkaliumpomp is belangrijk voor het celvolume

Zonder de natriumkaliumpomp zouden de meeste cellen opzwellen tot ze ontploffen. Door de pomp wordt het celvolume goed gehouden. Dat gaat als volgt: binnenin de cel zitten grote hoeveelheden eiwitten en organische moleculen die negatief geladen zijn. Negatieve en positieve deeltjes trekken elkaar aan. Positieve ionen zouden in theorie dus in grote getallen aangetrokken worden naar binnenin de cel. Door een proces dat osmose wordt genoemd zal nu water de cel ingepompt worden waardoor de cel enorm kan opzwellen. Doordat de natriumkaliumpomp de ionenconcentraties aan beide kanten van het celmembraan op een goed niveau houdt, zal de osmose niet zo heftig plaatsvinden en zal de cel zich niet te ver oppompen. Bovendien is het zo dat er drie (natrium)ionen de cel uitgaan en slechts twee (kalium)ionen de cel binnenkomen. Natriumionen kunnen lastig de cel weer binnenkomen waardoor er ook osmose van water naar buiten de cel plaats zal vinden. De cel zal zo in ieder geval nooit een te groot volume krijgen.

Conclusie

De natriumkaliumpomp is een eiwit dat op verschillende plekken in het celmembraan van bijvoorbeeld spier- en zenuwcellen ligt. De natriumkaliumpomp zorgt ervoor dat er drie positieve natriumionen de cel uit gepompt worden, wanneer er tegelijkertijd twee positieve kaliumionen de cel in worden gepompt. Door deze pomp krijgt de binnenkant van de cel een negatieve lading ten opzichte van de buitenkant. Door dit ladingsverschil verkeert de cel in een rusttoestand. Ook voor cellen is rust namelijk belangrijk. 

Bronnen afbeelding: Wikimedia Commons, Jos Punie