Pompa sodio-potassio: ripristino potenziale riposo neuronale dopo potenziali d'azione

La pompa Na⁺/K⁺-ATPasi è la macchina molecolare che mantiene il potenziale di membrana a riposo neuronale (~ -70 mV) trasportando attivamente ioni contro i loro gradienti elettrochimici.

Meccanismo: Il ciclo di trasporto

1. Legame intracellulare: 3 ioni Na⁺ legano siti ad alta affinità lato citoplasmatico della pompa.
2. Idrolisi ATP: ATP → ADP + Pi; gruppo fosfato fosforila la pompa (conformazione E1~P).
3. Cambiamento conformazionale (E1→E2): pompa si apre lato extracellulare; Na⁺ rilasciato (bassa affinità).
4. Legame extracellulare: 2 ioni K⁺ legano faccia extracellulare.
5. Defosforilazione: Pi rilasciato; pompa ritorna conformazione E2.
6. Cambiamento conformazionale (E2→E1): pompa si apre al citoplasma; K⁺ rilasciato (bassa affinità).
7. Ciclo si ripete.

Netto: 3 Na⁺ fuori, 2 K⁺ dentro per ATP → elettrogenica (corrente netta positiva verso l'esterno), contribuendo ~ -5 a -10 mV direttamente al potenziale di riposo.

Ruolo dopo potenziali d'azione

Durante un potenziale d'azione, afflusso Na⁺ e deflusso K⁺ dissipano temporaneamente i gradienti. La pompa Na⁺/K⁺ ripristina i gradienti ionici in secondi-minuti, abilitando successiva eccitabilità. Senza, i neuroni si depolarizzerebbero irreversibilmente.

Oltre i neuroni

Onnipresente in cellule animali. Regola volume cellulare, pH, trasporto attivo secondario (Na⁺-glucosio, scambiatore Na⁺/Ca²⁺), riassorbimento Na⁺ renale, tono vascolare, contrattilità cardiaca (via scambio Na⁺/Ca²⁺). La digitalina inibisce la pompa → ↑Na⁺ intracellulare → ↓scambio Na⁺/Ca²⁺ → ↑Ca²⁺ intracellulare → ↑contrattilità.

La pompa Na⁺/K⁺ è il caricabatterie dell'elettrofisiologia cellulare — costantemente in funzione, consuma ~20–40% ATP del cervello.