Jens Christian Skou
Læge, fysiolog (f. 1918)

Modtog i 1997 nobelprisen i kemi for sin opdagelse af det første iontransporterende enzym.
---------------------
Jens Chr. Skou blev født i Lemvig som søn af en tømmer- og brændselshandler. Han valgte efter nogen tvivl om studievalget at læse til læge. Efter sin eksamen ønskede han at blive kirurg. Dette vakte hans interesse for virkemåden af lokalbedøvelse, som var dårligt kendt. Derfor kom det disputatsarbejde, som han i 1947 indledte ved Aarhus Universitet, til at dreje sig om lokalbedøvende stoffers virkning på nervecellers membran.
- - - - - - - - - - - - - - -(teksten her er fra Steno Museet)

Under et studieophold i USA i 1953 blev Skou interesseret i at udforske et enzym, som findes i cellemembraner. Fire år senere havde han identificeret enzymet som den såkaldte natriumpumpe. Opdagelsen fik afgørende betydning for forståelsen af cellernes funktion, og gav 40 år senere Skou nobelprisen.

Skou blev i 1963 professor ved Aarhus Universitet, hvor han siden har forsket og samtidig været en inspirerende og skattet underviser af medicinske studenter og unge forskere.

Natriumpumpen, cellernes dynamo
Skou fik nobelprisen for som den første at beskrive den vitale mekanisme, der sørger for, at der er mindre natrium og mere kalium i levende celler end i deres omgivelser.

Udgangspunktet for opdagelsen var en undersøgelse af et særligt enzym, som findes i cellemembraner, og som har den egenskab, at det kan nedbryde stoffet ATP, som er cellernes brændstof. Enzymet til forsøgene blev udvundet af krabbenerver, som blev findelt og derefter adskilt ved centrifugering.

Gennem sine forsøg påviste Skou, at enzymet, som kaldes natrium-kalium-ATPase, kunne være involveret i den aktive transport af ioner igennem cellemembranen. Dvs. at det fungerer som en slags pumpe, deraf betegnelsen "natriumpumpen".

Ud over at opretholde den livsnødvendige ubalance af salte i cellen, skaber transporten af ioner gennem cellemembranen den elektriske spændingforskel, som er forudsætningen for nerveimpulser og muskelkontraktioner.

****

Natrium-kalium-pumpen
Fra Wikipedia, den frie encyklopædi

teksterne er samlet d. 25 september 2013

Aktiv transport af ioner.
Natrium-kalium-pumpen (også kaldet Na+/K+-pumpen eller Na+/K+-ATPase) er et enzym, der findes i cellemembranen i de fleste af menneskekroppens celler. Natrium-kalium-pumpen pumper natrium- og kaliumioner henholdsvis ud af og ind i cellerne og opretholder membranpotentialet over cellemembranen.

Indholdsfortegnelse
1 Funktion
1.1 Natriumkaliumpumpens indvirkning på aktionspotentialer
1.2 Natrium-kalium-pumpens indvirkning på membranpotentialet
2 Opdagelse

Funktion
Natrium-kalium-pumpens funktion er, at pumpe natrium- og kaliumioner ud af og ind i cellerne. Hver gang der pumpes 3 Na+ ud, pumpes der 2 K+ ind ved forbrug af et ATP. Der er ikke den samme koncentration af natrium (Na+) og kalium (K+) i cellernes cytosol, som i væsken udenfor cellerne, ekstracellulærvæsken. Inde i cellernes cytosol er koncentrationen af Na+ lavere end i ekstracellulærvæsken, mens det omvendte gælder for K+. Koncentrationerne af disse ladede ioner er først og fremmest afhængige af den samlede permeabilitet for ionerne i cellemembranen. Denne permeabilitet afgøres først og fremmest af små porer, der lækker ionerne igennem membranerne ("lækkanaler")

Transport gennem pumper som natrium-kalium-pumpen opretholder gradienterne for ionerne (steady state – dvs. ikke ligevægt!). En fejl i natrium-kalium pumpen fører til sygdomme især i hjertet og nervesystemet. Hvis natrium-kalium-pumpen ikke fandtes, ville ionkoncentrationerne gå mod ligevægt, hvilket ville skabe et overskud af ioner i cellerne. Dette ville få cellerne til at optage vand og få cellemembranerne til at sprænges og cellerne til at dø.

Natriumkaliumpumpens indvirkning på aktionspotentialer
Hvis et aktionspotentiale fremkaldes, vil natriumkanalerne i membranen åbnes, og der strømmer natriumioner ind i cellen. Dette medfører, at cellen bliver depolariseret, hvorefter natriumkanalerne lukkes og holdes inaktive i en periode(absolut refraktærperiode), hvor der ikke kan fremkaldes et nyt aktionspotentiale. Som depolariseringen når sit maksimum begynder kaliumkanalerne at åbnes, og kaliumioner strømmer ud af cellen. Dette bevirker, at cellen bliver repolariseret. Da kaliumkanalerne lukkes langsomt, slipper der for mange kaliumioner ud af cellen, som så bliver hyperpolariseret, inden hvilemembranpotentialet genoprettes af natrium-kaliumpumpen. I perioden cellen er hyperpolariseret vil cellen skulle påvirkes stærkere af depolariserende stimuli, før et nyt aktionspotentiale kan fremkaldes (relativ refraktærperiode). Natrium-kalium-pumpen er altså afgørende for, at hvilemembranpotentialet genoprettes.

Natrium-kalium-pumpens indvirkning på membranpotentialet
Dette område er meget omstridt blandt fysiologer og et område, der endnu ikke er afgjort. Membranpotentialet er i princippet fuldstændig uafhængig af natrium-kalium-pumpen. Membranpotentialet afgøres i stedet af negativt ladede proteiner, der ikke kan diffundere gennem cellemembranen. Nogle fysiologer mener, at det elektrogene bidrag – dvs. det at 3 Na+ føres ud for hver 2 K+ føres ind – medfører et membranpotentiale, der er 5-6 mV mere negativt. Andre fysiologer vil dog påpege, at natrium-kalium-pumpen blot opretholder en "steady state" for ionkoncentrationerne, dvs. de modvirker blot virkningen af de nævnte lækkanaler og derved ikke har nogen egentlig betydning for membranpotentialet, idet disse to mekanismer ophæver hinanden.

Opdagelse
Natrium-kalium-pumpen blev opdaget af danskeren Jens Christian Skou. I 1957 offentliggjorde han sin første artikel om mekanismen og i 1997 blev han belønnet med Nobelprisen i kemi for sin opdagelse.

Denne side blev senest ændret den 18. august 2013 kl. 10:57.

Hentet fra "http://da.wikipedia.org/w/index.php?title=Natrium-kalium-pumpen&oldid=7255190"

***

Danske forskere rydder forsiden af Nature

fra: Ingeniøren udgives af Mediehuset Ingeniøren A/S. Powered by Drupal.

Professor Poul Nissen fra Aarhus Universitet har som den første i verden hele tre artikler i samme udgave af Nature. Arbejdet afslører, hvordan cellernes ionpumper fungerer og ser ud.

Af Mads Nyvold 13. dec 2007 kl. 10:26 Månedens udgave af et klodens mest ansete videnskabelige tidsskrifter minder nærmest om en tryksag fra Aarhus Universitet. Årsag: Som den første i verden har professor og centerleder Poul Nissen sammen med post-doc J. Preben Morth hele tre artikler i Nature på én gang. Og så naturligvis også forsiden.

»Det er en meget stor international anerkendelse, som vil give genlyd over hele verden inden for vores yderst kompetetive forskningsområde. Det vil utvivlsomt gavne rekrutteringen af de bedste forskere til Danmark,« siger Poul Nissen i en pressemeddelelse.

Artiklerne bygger på Jens Chr. Skous opdagelse af natrium-kalium-pumpen for 50 år siden. Hans nobelprisvindende arbejdsnoter pryder også forsiden sammen med de nye opdagelser. Og de opdagelser er skelsættende. Fordi det er lykkedes Poul Nissens forskerhold ved grundforskningscentret Pumpkin på Molekylærbiologisk Institut ved Aarhus Universitet for første gang nogensinde at vise, hvordan cellernes ionpumper fungerer og ser ud.

»I 1957 var det en drøm, jeg ikke kunne forestille mig kunne blive til virkelighed,« siger Jens Chr. Skou præcist 50 år efter sin opdagelse.

Forstørrelse på 250.000 gange
»Når man tænker på, at der skal en forstørrelse på 250.000 gange til, for at man på et elektronmikroskopisk billede af en cellemembran kan se pumpen som en lille prik, er det utroligt, at man nu ved hjælp af krystallisation af pumpemolekylerne og efterfølgende røntgenkrystallografi kan få et billede af pumpens molekylære struktur, og at man derved har fået en mulighed for at se, hvordan pumpen er i stand til at transportere ioner,« udtaler Jens Chr. Skou til Aarhus Universitet.

Ionpumper opretholder essentielle forskelle i cellernes indre og ydre miljø og giver energi til alle signal- og transportprocesser i kroppen såsom nerveimpulser og nyrernes saltudskillelse. I planter og svampe danner de tillige grundlaget for optagelse af næringsstoffer.

Resultaterne, som forklarer og afdækker hidtil ukendte sider af pumpernes måde at virke på, kan bl.a. bruges til udvikling af helt nye typer medicin til behandling af hjerte-karsygdomme, kræft og infektionssygdomme. Desuden kan resultaterne danne basis for udvikling af ny nanoteknologi og kulturplanter med større salttolerance.

»Disse artikler er et resultat af flere års samarbejde. Samtidig er det frugten af en særlig indsats i Danmark på dette område gennem årtier - vi har så at sige fat i noget af arvesølvet af dansk forskning,« fastslår Poul Nissen.

Selve Nature-præstationen bliver ikke mindre af, at det var tidsskriftet selv, som ringede og opfordrede de århusianske forskere til at skrive om deres arbejde.

Sætter strøm til cellerne
Den første artikel trykt i Nature beskriver strukturen af natrium-kalium pumpen, som består af tre proteinkæder. Pumpen er af afgørende betydning for celler i alle dyrearter - fra den simpleste fladorm til menneske fungerer natrium-kaliumpumpen som generatoren, der sætter strøm på cellerne. Ikke mindre end en fjerdedel af vores energi bruges til at drive denne pumpes aktivitet.

Forskerholdet har undersøgt pumpen i sin kalium-bindende tilstand, og et særdeles overraskende fund har været, at dens såkaldte hale er bundet i en dyb lomme mellem to af proteinkæderne. Ved at undersøge en muteret form af natrium-kalium pumpen, hvor denne hale er klippet af, har forskerne påvist, at den er meget vigtig for regulering af pumpefunktionen. En række medicinske præparater til behandling af bl.a. hjertesvigt og hjerteflimren påvirker natrium-kalium pumpen, og de er også i forskernes søgelys.

Nye stoffer mod kræftceller
Den anden artikel bringer de sidste og afgørende strukturen for at forstå kalciumpumpens funktion, mens den transporterer kalcium.

Processen er yderst væsentlig, da eksempelvis muskelceller styres ved, at kalcium-ioner lukkes ud omkring muskeltrådene i muskelcellen fra et indre celledepot for kalcium, hvortil de igen pumpes tilbage af kalciumpumpen, når musklen skal slappe af.

Kalciumpumpen har stor medicinsk interesse, da en hæmning af dens funktion udløser programmeret celledød - en celle kan ganske enkelt ikke overleve, hvis kalciumpumpens kontrol af kalcium-koncentration mistes.

Resultaterne kan derfor finde anvendelse til udvikling af nye stoffer, som kan bekæmpe kræftceller eller virke som antibiotika mod sygdomsfremkaldende bakterier

Et nanokraftværk
I den sidste artikel beskriver forskerholdet, hvordan protonpumper i planter danner en spænding på omkring en fjerdel Volt over en cellemembran. Spændingen lyder godt nok ikke af meget, men er særdeles kraftigt på celleniveau og at sidestille med et nanokraftværk.

Protonpumpen spiller samme rolle hos planter og svampe, som natrium-kaliumpumpen gør hos dyr - det vil sige som cellens generator af spænding og strøm. Det er den energikilde, som planter bruger til at optage næringsstoffer med og anvender til en lang række kontrolprocesser såsom at åbne og lukke for luftadgangen til fotosyntesen.

Protonpumpen er derfor livsnødvendig for deres overlevelse, og resultaterne har ikke blot stor grundvidenskabelig betydning, men kan med tiden danne grundlag for udvikling af eksempelvis kulturplanter, der kan tåle saltvand, samt for ny medicin mod blandt andet svampeinfektioner.

***

Danske forskere har banebrydende nyt om livsvigtigt enzym
18. august 2013 kl. 03:55
I årevis har forskere været klar over, at det både kan dræbe og helbrede, når særlige steroider binder sig til det livsvigtige enzym kaldet natrium-kaliumpumpen, men hvordan den molekylære binding ser ud, har været et mysterium. Nu har forskere fra Aarhus løst det.
Af: Anne Ringgaard, journalist
http://videnskab.dk/print pdf

Hjertet pumper. Du lever. Men hvis du spiser visse planter såsom Almindelig Fingerbøl (Digitalis purpurea), der vokser i danske skove og på skrænter, holder dit hjerte sandsynligvis op med at slå.

Planten indeholder kardiotoniske steroider, som er så giftige, at man kan dø af dem, men de kan også redde liv: Hvis steroiderne doseres rigtigt, har de en helbredende effekt blandt andet på hjertekarsygdomme, forhøjet blodtryk og visse kræfttyper. Derfor har de i 200 år været brugt som hjertemedicin.

LÆS OGSÅ: Kræft-enzymer er mere snu, end vi troede

I alle kroppens celler er der enzymer kaldet
natrium-kaliumpumper, som er med til at
holde os i live. Hvis bestemte pumper er
defekte, kan det have livsfarlige
konsekvenser for hjertets slag,
blodkredsløbet, hjernefunktionen m.m.
(Foto: Shutterstock)

Pile med giftige steroider
Nu har danske forskere for første gang beskrevet i atomar detalje, hvordan de kardiotoniske steroider virker ved at binde sig til et helt fundamentalt enzym i kroppen. Det er første, afgørende skridt til at forstå, hvordan steroiderne ikke bare kan dræbe, men også kan få et sygt og svagt hjerte til igen at slå rytmisk og kraftigt.

»De her steroider er virkelig farlige stoffer. De bruges som forsvarsvåben af dyr og planter, og i Afrika er de blevet brugt som pilegift. Vi ved, at steroiderne findes i planter, i krybdyr og at selv menneskekroppen producerer dem,« siger Natalya Fedosova, som er lektor på Aarhus Universitets Institut for Biomedicin og ved Grundforskningscenter PUMPkin.
»Men når de doseres rigtigt, har steroiderne en helbredende effekt på hjertekarsygdomme, forhøjet blodtryk, nogle kræfttyper og en række andre sygdomme. Derfor bruger man dem som hjertemedicin og forsøg med at udvikle kræftmedicin er i gang,« fortsætter hun.

Steroider binder sig til natrium-kaliumpumper
Forskere har længe vidst, at kardiotoniske steroider binder sig til et livsvigtigt enzym, som i sin tid blev opdaget af den danske professor Jens Christian Skou. I 1997 fik han Nobelprisen i kemi for opdagelsen af enzymet, der findes i alle kroppens celler.

Det nobelpris-udløsende enzym kaldes en natrium-kaliumpumpe, fordi det sørger for, at natriumioner (Na+) hele tiden bliver pumpet ud af kroppens celler, og at kaliumioner (K+) bliver pumpet ind. Hør og se en forklaring på natrium-kaliumpumpens funktion i denne video fundet på YouTube.
Fakta
Enzym udløste Nobelpris til dansker
Fysiologiprofessor Jens Christian Skou (født 1918) fra Aarhus Universitet forskede i cellemembraners funktion.
I 1957 udgav han sin første artikel om et livsvigtigt enzym i cellemembranerne, som han kaldte natrium-kaliumpumpen (Na+,K+-ATPase).
I 1997 fik han Nobelprisen i kemi for opdagelsen.

 

Vigtig beskrivelse af molekylær binding

Natrium-kaliumpumpens funktion og struktur har forskerne altså styr på, og der er også publiceret utallige videnskabelige artikler om de kardiotoniske steroider, som i århundreder er blevet brugt i medicin - men hvordan steroiderne helt præcist binder sig til og påvirker natrium-kaliumpumpen, har indtil videre været en gåde.


Bindingen mellem det kardiotoniske steroid ouabain og natrium-kalium pumpen er kompleks.
Sådan ser den ud. (Illustration: Postdoc Mette Laursen, PUMPkin)

Nu er det lykkedes forskerne fra Aarhus Universitets at få et klart billede af det.

»For første gang nogensinde har vi beskrevet, hvordan de kardiotoniske steroider binder sig til natrium-kaliumpumpen på atomart niveau, så nu har vi detaljeret, ny viden, som kan bruges til at udvikle nye typer medicin, der er specifikt målrettede mod en række livstruende sygdomme,« siger Natalya Fedosova.

Fra enzymer i svinenyretr til krystaller

Natalya Fedosova og kollegernes beskrivelse af den mikroskopiske molekylære proces er netop publiceret i det videnskabelige tidsskrift PNAS. Årelang og tålmodigt laboratoriearbejde, der blandt andet involverer svinenyrer, ligger forud, forklarer lektoren:

»Nyrevæv rummer store mængder natrium-kaliumpumpe, så vi isolerede cellemembranerne fra nyrer, som vi havde fra slagtesvin. Så tilsatte vi et kardiotonisk steroid fra planter kaldet ouabiner. Herefter afprøvede vi forskellige tilsætningsstoffer, temperaturer og koncentrationer for at få ouabiner og natrium-kaliumpumperne til at danne en krystal. Det er en kompliceret og langvarig proces.«

Krystaller på Europarejse

Fakta
Giftigt og helbredende stof
Kardiotoniske steroider kaldes også hjerteglykosider. De virker ved at hæmme natrium-kaliumpumpen.
I små mængder, hvor kun få natrium-kaliumpumpeproteiner bliver påvirket, kan stoffet gavne hjerterytmen, men i store mængder er det dødeligt.

Efter langvarige og gentagne forsøg i laboratoriet fik forskerne endelig natrium-kaliumpumpen til at danne krystaller.

Krystallerne blev frosset ned i flydende kvælstof og transporteret til Frankrig, Schweiz og Tyskland, hvor der findes såkaldte synkrotoner (acceleratorer til at ramme ioner med relativistiske hastigheder). I synkrotonerne blev det udkrystalliserede enzym udsat for intens røntgenstråling.

Ved at analysere den afbøjede røntgenstråling fra krystallen kunne forskerne udlede, hvordan atomerne er placeret og efter møjsommeligt arbejde beskrive enzymkompleksets tredimensionelle struktur i krystallen.

»Vores data viser, hvordan mere end 10.000 atomer er placeret i molekylerne, og så kunne vi endelig forklare, hvordan bindingen mellem det kardiotoniske steroid og natrium-kaliumpumperne fungerer,« forklarer Natalya Fedosova.

LÆS OGSÅ: Kæmpe røntgenlaser afslører ny tilstand for molekyler.

Et fantastisk stykke arbejde

Fakta
Natrium-kaliumpumpen
• En fjerdedel af kroppens energi bliver brugt på at holde cellernes mikroskopiske natrium-kaliumpumper i gang. De sidder i cellemembranerne, hvor de pumper natriumioner (Na+) ud og kaliumioner (K+) ind i cellen.
• Pumpernes arbejde fører blandt andet, at kroppen kan optage næringsstoffer, og at kroppens celler kan signalere til hinanden.

På Syddansk Universitets Center for Biomembrane Physics (Memphys) vækker Aarhus-forskernes arbejde begejstring.

»Det er fantastisk. Deres arbejde er helt bestemt et stort skridt fremad hen imod at kunne udvikle ny medicin, der er designet til at ramme bestemte sygdomme, som natrium-kaliumpumpen er involveret i,« siger lektor Himanshu Khandelia, der forsker i biologiske membraner og neurologiske sygdomme på Memphys.

Bestemte natrium-kaliumpumper er involveret i en række neurologiske sygdomme. At bindingen mellem pumpen og de kardiotoniske steroider nu er beskrevet, betyder, at Himanshu Khandelia og de andre forskere på centret kan undersøge, hvordan stofferne kan bruges til at lave medicin, der ramme netop de enzymer, der er involverede i neurologiske lidelser.

Himanshu Khandelia og kollegerne har allerede taget Aarhus-studiet i brug.

»Min forskergruppe bruger i øjeblikket forskernes data til at få fundamental indsigt i natrium-kaliumpumpens molekylære mekanisme gennem computersimulationer. Det kunne vi ikke gøre uden de data, forskerne fra Aarhus for nyligt har publiceret,« siger han.

På vej mod ny målrettet medicin

Beskrivelsen af bindingen mellem de kardiotoniske steroider og natrium-kaliumpumpen er en del af et større lægemiddeludviklingsprojekt på grundforskningscenter PUMPkin, skriver Aarhus Universitetet i en pressemeddelelse.

Forskerne skal nu i gang med at undersøge, hvordan de kan bruge den nye viden om de kardiotoniske steroider til at designe medicin, der rammer præcis de natrium-kaliumpumper, der er involveret i den sygdom, man vil helbrede.

***

en pdf om emnet. som gennemgår de historiske banebrydende tiltag,
som Skou arbejdede med, før vi kom hertil, hvor vi er i dag.

***

Fra Tysk Wikipedia

Natrium-Kalium-Pumpe
aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie
Wechseln zu: Navigation, Suche
Na+/K+-ATPase

Snoede bånd som disse her afbillede er den nuværende opfattelse man har af Aminosyre.

De kemiske reaktioner er her beskrevet:
Vil du vide det hele, kan du finde det på nettet:
Det du skal lægge mærke til er når der står Na+ - for det er dem du køber.

Reaktionsart Hydrolyse
Substrat ATP + H2O + 3 Na+innen + 2 K+außen
Produkte ADP + Phosphat + 3 Na+außen + 2 K+innen
Vorkommen
Übergeordnetes Taxon Lebewesen

Die Natrium-Kalium-ATPase (genauer: 3 Na+/ 2 K+ - ATPase), auch als Natrium-Kalium-Pumpe oder Natriumpumpe bezeichnet, ist ein in der Zellmembran verankertes Transmembranprotein. Das Enzym katalysiert unter Hydrolyse von ATP (ATPase) den Transport von Natrium-Ionen aus der Zelle und den Transport von Kalium-Ionen in die Zelle gegen den chemischen Konzentrationsgradienten und den elektrischen Ladungsgradienten und dient so seiner Aufrechterhaltung.

Der Proteinkomplex besteht aus zwei Polypeptiden, d.h. einer a- und einer ß-Protein-Untereinheit, wobei das a-Element die funktionelle Einheit ist und das ß-Element der Verankerung des Proteins in der Zellmembran dient. Die Natrium-Kalium-ATPase kommt in mehreren Isoformen der a- und ß-Untereinheiten vor, mit Unterschieden in Verteilung, Affinität zu Herzglykosiden und Funktionen. Der a1-Isoenzymtyp findet sich in allen Zellen des Menschen, a2- und a3-Typen in den Nervenzellen und Herzmuskelzellen (Myokard). Seltene Mutationen in den ATP1A2- und ATP1A3-Genen können zu erblicher Migräne, alternierender Hemiplegie und Dystonie führen.[1][2][3]

Inhaltsverzeichnis
1 Geschichte
2 Funktion
3 Mechanismus
4 Wirkung der Herzglykoside
5 Einzelnachweise
6 Siehe auch
7 Weblinks
Geschichte[Bearbeiten]


Die Na+/K+-ATPase wurde 1957 vom dänischen Mediziner Jens Christian Skou entdeckt.[4] 1997 erhielt Skou den Nobelpreis für Chemie „für die Entdeckung des ionentransportierenden Enzyms Natrium-Kalium-ATPase”.[5]

Funktion[Bearbeiten]
Der gegenläufige Transport (Antiport) von 3 Na+ gegen 2 K+ über die Zellmembran erfolgt gegen die jeweiligen Konzentrationsgefälle und in der Summe gegen das elektrische Ruhemembranpotential (elektrogen); er ist damit gleich zweifach von extern zugeführter Energie abhängig: energieabhängiger / aktiver Transport. Jene wird in diesem Fall als chemische Bindungsenergie durch die Hydrolyse von ATP zur Verfügung gestellt.

Das Phänomen des ATP-getriebenen Transports ist für den Na+/K+ Transport durch die Plasmamembran am besten untersucht. Beide Kationen sind in Zellen ungleich verteilt:

Die Na+-Konzentration im Inneren der Zelle ist gering (0,2–2 mmol/l);
die K+-Konzentration im Inneren ist hoch (120–150 mmol/l).
Dieser lebenswichtige Konzentrationsgradient wird einerseits durch Kalium-Kanäle bewirkt (siehe Blutzucker-Sensorsystem), andererseits durch die elektrogene Natrium-Kalium-ATPase.

Mechanismus[Bearbeiten]

Schema
ATP-Hydrolyse und Na+/K+-Transport sind strikt gekoppelt (elektrogenes Prinzip):

Je Molekül ATP werden drei Na+-Ionen nach außen und zwei K+-Ionen nach innen befördert. In der Bilanz wird dem intrazellulären Raum also ein positiver Ladungsträger entzogen. Dieser Mechanismus ist die treibende Kraft für den Erhalt des, insbesondere für Nerven- und Muskelzellen funktional wichtigen elektrischen Ruhemembranpotentials. Es ist jedoch nicht die Ladungsbilanz der Pumpe allein, die zur Erzeugung des Ruhemembranpotentials führt. Die hohe Permeabilität der Zellmembran für K+-Ionen, die durch Kalium-Kanäle gegeben ist und die geringe Permeabilität für Na+-Ionen während des Ruhemembranpotentials sind ebenfalls für dessen Erhalt erforderlich.
für den Pumpmechanismus sind Konformationsänderungen erforderlich, die durch Phosphorylierung eines Aspartat (Asp-) Restes der a-Untereinheit erzeugt werden.
bei diesem Vorgang werden zunächst drei Na+-Ionen eingeschlossen;
deren Abgabe nach außen erfolgt im Austausch gegen zwei K+-Ionen, deren Bindung eine Phosphatase aktiviert, die den Asp-Rest wieder dephosphoryliert.

Artiklen nedenfor omtaler Hjertesukker og Ca, nogle forskere retter deres fokus på Hjertemusklen.
Indtil de kommer frem til endegyldige resultater, må vi nøjes med at teste, på os selv. (Om aktivt salt+ er livsvigtigt)
Wirkung der Herzglykoside[Bearbeiten]
Hauptartikel: Herzglykoside

Das Wirkprinzip der Natrium-Kalium-Pumpe (Na+/K+-ATPase). Gezeigt ist eine Funktionseinheit, bestehend aus einer a- und einer ß-Kette. Der Phosphorylierungs-Dephosphorylierungszyklus eines Aspartat-Restes, d.h. die treibende Kraft des Pumpvorganges, ist schematisch ausgeführt; dieser Vorgang kann durch Vanadat blockiert und damit nachgewiesen werden. Der im oberen Abschnitt gezeigte Calcium-Transporter (Na+/Ca2+-Antiporter) benutzt die Energie des ATP indirekt, indem er einen bestehenden Na+-Gradienten abbaut. Digitalis-Derivate blockieren die (Na+/K+-ATPase), lähmen damit die gesamte Wirkungskette und lassen den intrazellulären Ca2+-Spiegel ansteigen.
Glykoside der Digitalis-Gruppe (Digoxin, Digitoxin und dessen Aglykon Digitoxigenin) und der Gruppe der Strophanthusgewächse (g-Strophanthin (engl. Synonym: Ouabain) und k-Strophanthin) – letztere jedoch nur in hohen Konzentrationen – blockieren die K+-Konformation der ATPase noch im phosphorylierten Zustand. Damit hemmen sie den Ionentransport.

Indirekt steigt hierdurch die Konzentration an intrazellulärem Ca2+ und damit die Kontraktion des Herzmuskels, denn

der Transport des Ca2+ hängt nach dem Antiport-Prinzip vom Na+-Konzentrationsgradienten ab (Natrium-Calcium-Austauscher).
Ist dieser verringert, verbleibt Ca2+ in zunehmendem Maße in der Muskelzelle, wobei sich deren Kontraktion verstärkt.
Da die Herzmuskelzellen eines Menschen mit Herzinsuffizienz zu viel Calcium enthalten (calcium overload, der zur Minderung der Kontraktilität führt), war es bis vor kurzem unverständlich, wieso eine weitere Steigerung des zellulären Calcium-Gehalts zur Steigerung der Kontraktilität führen kann. Eine mögliche erklärende Hypothese: Die a2- und a3-Isoformen der Natrium-Kalium-Pumpen sind zusammen mit den Natrium-Calcium-Austauschern direkt über den Ausläufern des Calcium-Speichers der Zelle (Sarkoplasmatisches Retikulum) lokalisiert. Diese funktionelle Einheit wird Plasmerosom genannt. Hierdurch kann die lokale Natrium- bzw. Calcium-Konzentration durch Hemmung nur relativ weniger Natrium-Kalium-Pumpen durch Herzglykoside gesteigert werden, was das Sarkoplasmatische Retikulum zur Freisetzung von wesentlich größeren Mengen an Calcium an die kontraktilen Proteine (bei zum Beispiel jedem Herzschlag) anregt, ohne dass sich die Gesamt-Konzentration der Zelle an Natrium- und Calcium wesentlich verändert. Diese wird eher durch die a1-Isoform der Natrium-Kalium-Pumpe reguliert. Die Plasmerosome wurden für Nervenzellen und Arterien-Muskelzellen bereits nachgewiesen (Blaustein et al. 2002 und 1998) und sind wahrscheinlich auch in Skelett- und Herzmuskelzellen vorhanden.[6]

Geringe, das heißt physiologische Konzentrationen von g-Strophanthin, wie sie nach oraler Einnahme (auch nach niedrig dosierter intravenöser Injektion) oder endogen im Körper des Menschen gemessen werden (g-Strophanthin / Ouabain ist ein neuentdecktes Herzglykosid) führen zum Gegenteil des bisher einzig anerkannten Wirkmechanismus, das heißt zur Stimulation der Natrium-Kalium-Pumpe (ca. 50 Studien) mit resultierender Reduzierung des zellulären Natrium- und Calcium-Gehalts. Dies kann zu einem negativ inotropen Effekt wie bei einem Nitro-Präparat oder auch zu einem positiv inotropen Effekt führen (wahrscheinlich je nach Ausgangslage der Calcium-Konzentration der Herzmuskelzellen).[7][8][9]

Auch k-Strophanthin kann die Na-K-Pumpe stimulieren, jedoch nicht Digoxin (Saunders & Scheiner-Bobis 2004). Dies erklärt zum Beispiel die gegensätzliche Wirkung von Strophanthin und Digoxin bei Angina Pectoris, wobei Strophanthin positiv auf EKG und Anfallshäufigkeit wirkt, Digoxin bekanntlich jedoch negativ.[8][10]

Der Text ist unter der Lizenz „Creative Commons Attribution/Share Alike“ verfügbar; Informationen zum Lizenzstatus eingebundener Mediendateien (etwa Bilder oder Videos) können im Regelfall durch Anklicken dieser abgerufen werden. Möglicherweise unterliegen die Inhalte jeweils zusätzlichen Bedingungen. Durch die Nutzung dieser Website erklären Sie sich mit den Nutzungsbedingungen und der Datenschutzrichtlinie einverstanden.
Wikipedia® ist eine eingetragene Marke der Wikimedia Foundation Inc.
Datenschutz

Diese Seite wurde zuletzt am 17. August 2013 um 17:16 Uhr geändert.