Tutte le cellule animali, polarizzate e non, sono caratterizzate da una diversa concentrazioni di ioni tra ambiente intracellulare ed extracellulare. Attraverso determinati protocolli sperimentali è possibile misurare quantitativamente questa differenza di concentrazione ionica e generalmente possiamo affermare che la concentrazione di K+ è circa 20 volte più elevata all’interno della cellula mentre la concentrazione del Na+ è circa 6 volte più elevata all’esterno della membrana citoplasmatica.
Poiché la membrana cellulare possiede strutture che permettono il passaggio di entrambi i due ioni secondo gradiente di concentrazione, è lecito aspettarsi che in condizioni di equilibrio, gli ioni K+ escano dalla cellula, mentre il flusso di ioni Na+ sia rivolto verso l’interno della cellula, fino ad equilibrare rispettivamente i due ambienti.
In realtà ciò non avviene in quanto la suddetta condizione di disequilibrio stazionario delle concentrazioni dei due ioni viene continuamente rigenerata da un apposito trasporto attivo che riesce a pompare ioni K+ nel citoplasma e Na+ fuori dalla cellula, contro i rispettivi gradienti di concentrazioni, spendendo energia metabolica (ATP).
La struttura che permette di mantenere queste condizioni è la pompa sodio/potassio ATP dipendente costituita da una struttura proteica di tipo ßaaß.
Il trasporto di Na+ e K+ è strettamente accoppiato e funziona asimmetricamente sui due lati della membrana, idrolizzando molecole di ATP in funzione del Na+ intracellulare e del K+ extracellulare.
Anche se il preciso meccanismo di funzionamento della pompa non è stato ancora chiarito, si è portati a pensare che la struttura proteica della pompa Na+/K+ non diffonda come un carrier mobile da una zona all’altra della membrana, ma la attraversi interamente modificando la propria conformazione durante l’idrolisi dell’ATP e permettendo agli ioni di essere rilasciati fuori o dentro la membrana cellulare.
La pompa Na+/K+ è altamente specifica riguardo il riconoscimento dello ione Na+, mentre lo ione K+ può essere sostituito dallo ione monovalente Rb+ (rubidio) posto al di sotto del potassio nella tavola periodica degli elementi o anche dallo ione ammonio NH4+, i quali sono inibitori competitivi del sito K+ e non compromettono il funzionamento della pompa stessa.
La pompa, invece, può essere inibita specificatamente, oltre che da inibitori metabolici come il cianuro, anche da un glicoside cardiaco noto come “ouabaina”, il quale compete anch’esso per l’occupazione del sito di legame dello ione K+ nella struttura proteica della pompa, ma in questo caso comporta l’inattivazione della struttura proteica che diventa perciò incapace di controllare il processo di trasporto degli ioni.
La funzione della pompa nella fisiologia della cellula è di fondamentale importanza in quanto previene il rigonfiamento e la conseguente distruzione osmotica della cellula, mantiene costante il potenziale elettrochimico a livello di membrana e permette così il mantenimenti di un ambiente chimico stabile e favorevole alle complesse reazioni biochimiche del sistemi biologici.