Na⁺-K⁺-ATPase, Natrium-Kalium-Pumpe, eine ATP-getriebene Natrium-Kalium-Pumpe tierischer Zellen mit besonderer Bedeutung für die Aufrechterhaltung des Zellvolumens und der Ionenzusammensetzung innerhalb der Zelle. Im Verhältnis zum äußeren Medium haben die meisten tierischen Zellen hohe Kalium- und niedrige Natriumkonzentrationen. Der aktive Transport von Natrium- und Kaliumionen (pro Reaktionszyklus drei Na+ nach außen und zwei K+ nach innen) erzeugt einen Ionengradienten von eminenter physiologischer Bedeutung auch für die elektrische Erregbarkeit von Nerven- und Muskelzellen sowie für den aktiven Transport von Aminosäuren und Zuckern. Die N. benötigt mehr als ein Drittel des im Ruhezustand verbrauchten ATP. Jens C. Skou, einer der drei Nobelpreisträger für Chemie und Medizin 1997, isolierte 1957 die N. aus Nervenzellmembranen von Krebsen und klärte die Grundlagen des Enzymmechanismus auf, insbesondere die intermediäre Phosphorylierung dieser ATPase. Die N. besteht aus zwei verschiedenen Untereinheiten (α 112kDa; β 35kDa), die in der Membran als α2β2-Tetramer vorliegen (Abb.). Der größte Teil der aus mindestens acht membrandurchspannenden α-Helices bestehenden α-Kette mit der ATP-Bindungsstelle, befindet sich im cytosolischen Membranbereich, während sich auf der kurzen extrazellulären Seite eine Bindungsstelle für herzaktive Steroidinhibitoren (Digitoxigenin, Quabain) befindet. Die Na⁺-abhängige Phosphorylierung erfolgt an einem spezifischen Aspartatrest unter Ausbildung eines β-Aspartylphosphat-Intermediats, das in Gegenwart von K⁺-Ionen wieder dephosphoryliert wird, wobei verschiedene Konformationszustände des Enzyms durchlaufen werden. Pro Sekunde werden durch die mit maximaler Geschwindigkeit arbeitende Pumpe 300 Na⁺- und 200 K⁺-Ionen transportiert. Wenn kein Transport von K ⁺ und Na⁺ erfolgt, wird auch kein ATP hydrolysiert. Herzaktive Steroide aus dem Roten Fingerhut (Digitalis purpurea) sind starke Inhibitoren (K_i ~10 nM) der N. Daraus resultiert ein höherer Na⁺-Spiegel in der Herzmuskelzelle, der einen verlangsamten Ca²⁺-Ausstrom über den Natrium-Calcium-Austauscher bewirkt und der resultierende Anstieg der Ca²⁺-Konzentration steigert die Kontraktionskraft des Herzmuskels. [J.S. Skou, Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 37 (1998) 2.321-2.328]

Na⁺-K⁺-ATPase. Schematische Darstellung der α₂β₂-Untereinheitenstruktur.