Az ATP (adenozin-trifoszfát)

Ennek a feladatnak a katalizátora a Na+ /K+ -ATP-áz (nátrium-kálium adenozin trifoszfatáz, más néven Na+ /K+ pumpa, nátrium-kálium pumpa, amely ahogy már a neve is jelzi az ATP lebontására és képzésére egyaránt képes, és csak a mitokondrium energiaállapota határozza meg, hogy melyik irányba menjen a folyamat. A mitokondrium tehát csak akkor képes ATP-szintézisre, ha membránja két oldala között a hidrogénionok jelentős koncentrációkülönbsége (töltéskülönbsége) alakul ki, amit viszont a légzéssel bevitt oxigénnek a tápanyagok oxidációjával keletkező energiája alakit ki. Az enzim a sejtmembrán belső oldalán (tehát a sejten belül) megköti a nátriumionokat és az ATPt, majd annak hasítása során az ATP egyik foszfátcsoportja (P) kapcsolódik az enzimre. Az enzimet az extracelluláris térben a K+ ion, intracelluláris térben a Na+ ion aktiválja, működéséhez mindkét ion együttes hatása szükséges. A forgás révén a Na+ -ionok átkerülnek a sejt külső oldalára, de a foszfátcsoport még az enzimhez kötve marad. A sejt külső oldalán viszont K+ -ionok kapcsolódnak az enzimhez. Majd leválik az enzimről a foszfátcsoport, és a tovább forgás révén a K+ -ionok átkerülnek a sejtmembrán belső oldalára. A belső oldalon leválnak a K+ -ionok. Ez forgás képes tehát a nátriumionok „kipumpálására”, ill. a membrán külső oldalán a káliumionok megkötése után azok „bepumpálására” is. Az elsőként felfedezett molekuláris pumpa – a nátrium–kálium pumpa – felfedezését követően tisztázódott, hogy számos hasonló ionátvivő ATP-áz létezik, amelyek alapvetően hasonló működési mechanizmust mutatnak. Így az izomszövet aktív kálciumtranszport rendszerei, a sejtmembrán kálciumpumpája (a sejtek Ca2+ homeosztázisában meghatározó szerepet játszó Ca2+-ATP-áz (Ca2+ pumpák)), de a gyomorban működő, a sósavtermelésért felelős K + /H+ pumpa is az ATP-vel foszforilálódó. ATP-áz. Nagy jelentősége van az ingerlékeny sejtekben (pl. idegsejtek), melyek ingerület-továbbítása ettől a pumpától függ. Az izomrostok után egyre több ATP-t használó molekuláris motor, pl. a sejtosztódáskor a kromoszómákat „széthúzó” mitotikus orsó, vagy a fehérjéket a sejt egyes tereibe átjuttató „húzó-vonó” mechanizmus működése vált ismertté. Ugyanilyen összetett szerkezet felelős a baktériumokban, sőt a zöld növényekben, a kloroplasztiszokban lejátszódó ATP-szintézisért is. A nátrium–kálium pumpa az állatvilág szinte valamennyi tagjának szinte valamennyi sejtjében az egyik legalapvetőbb életfolyamat. Ez a pumpa biztosítja a legtöbb anyag sejtbe szállítását, vagy az ingerület terjedéséhez és felfogásához szükséges „akkumulátor” feltöltését, a membránpotenciál-különbség kialakulását, a sejttérfogat alapvető szabályozását. Éppen ezért a légzés leállása az agyban – az ATP-szint csökkenése és e pumpamechanizmus leállása miatt – már néhány perc alatt is megfordíthatatlan károsodáshoz vezet.