Na⁺/K⁺-ATPase

Na⁺/K⁺-ATPaseは、1分子のATP加水分解につき通常3 Na⁺を細胞外へ、2 K⁺を細胞内へ輸送するP型ATPaseである。Na⁺・K⁺勾配を維持し、正電荷を1個分外へ移すため起電性をもつ。

細胞内からNa⁺をくみ出し、外からK⁺を補充する排水・補給ポンプと考えるとよい。活動電位で一時的に崩れたイオン分布を長期的に回復し、他の輸送体が使う「Na⁺の下り坂」を作る。

細胞内Na⁺結合とATP依存性リン酸化によりポンプは外向き構造へ変わり、Na⁺を放出する。細胞外K⁺が結合すると脱リン酸化して内向き構造へ戻り、K⁺を放出する。この循環は静止膜電位へ小さく直接寄与し、より重要にはK⁺漏洩電流を可能にする濃度勾配を維持する。さらに細胞内Na⁺蓄積と浸透性水流入を防ぎ、Na⁺共輸送やNa⁺/Ca²⁺交換を駆動する。

ポンプが阻害されると細胞内Na⁺が増え、Na⁺/Ca²⁺交換によるCa²⁺排出が低下する。心筋では細胞内Ca²⁺が増えて収縮力が変化しうる。

ポンプが活動電位の各相を直接作る主役ではない。短時間の活動電位は既存勾配で生じるが、ポンプ停止が続けば勾配と細胞容積が破綻する。輸送比は3 Na⁺対2 K⁺である。