Na+, K+-ATPアーゼは細胞膜に存在し、ATPを使って3個のNa+を外へ、2個のK+を内へ能動輸送します。この働きによって膜電位が維持され、神経インパルスの伝導や浸透圧調節が可能になります。スコウはカニ巨大神経を用いた実験で、この酵素がATPase活性とイオン交換活性を併せ持つことを世界で初めて示しました。発見は薬理学や生理学の教科書的概念となり、心不全治療薬ジギタリスなど多くの薬剤開発に影響を与えました。

Na+, K+-ATPアーゼはP型ATPアーゼに分類され、機構的にはアスパラギン酸残基のリン酸化を伴うE1→E1~P→E2-P→E2サイクルを経てイオン輸送を行います。X線結晶構造やクライオEM解析により、E1とE2状態でイオン結合部位の開閉が反対側の膜面に向かう“オルタネーティングアクセス”機構が立証されました。細胞のエネルギー消費の約1/3を担う大型消費酵素として、神経細胞の興奮性、腎臓での塩分再吸収、脳虚血時の損傷などに深く関与しています。

高分解能構造では、TM4-6のNa+選択的サイトとTM5-10のK+選択的サイトがリン酸化状態依存的に再編成されることが示され、E1/E2間のアロステリックカップリングにTM1-2シグナルペプチドが寄与する。キネティック解析では、E1~P形成が速度律速で、γ-phosphateの転移にMg2+依存性が見られる。オーブインやジギトキシンなど強心配糖体はE2-P状態に結合し、イオン路を閉塞することで正の変力作用を示す。さらに、α1, α2, α3アイソフォームの差異が心筋興奮収縮連関や神経疾患の表現型多様性を規定することが遺伝学的に明らかになっている。