나트륨-칼륨 펌프는 세포막에 위치한 아형의 막 단백질로, 나트륨 이온(Na+)과 칼륨 이온(K+)을 세포 내외로 이동시키는 역할을 한다. 이 펌프는 에너지를 소모하는 능동 수송 메커니즘을 통해 작동하며, 세포의 전기적 불균형을 유지하는 데 중요한 역할을 한다. 일반적으로 나트륨-칼륨 펌프는 세포 안으로 2개의 칼륨 이온을 들여보내고, 세포 밖으로 3개의 나트륨 이온을 배출하는 과정을 반복한다.

이 펌프의 작동 원리는 ATP(아데노신 삼인산)의 가수분해로부터 얻는 에너지에 의존한다. ATP가 ADP(아데노신 이인산)와 무기인산으로 분해되면서 방출되는 에너지를 이용해 이온을 농도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동시키는 것이 아니라, 반대로 농도가 낮은 곳에서 높은 곳으로 이온을 이동시키는 과정을 통해 세포 내의 이온 농도를 조절한다. 이 과정은 신경세포의 전기적 신호 전달에 있어 필수적이다.

나트륨-칼륨 펌프는 세포의 삼투압을 비롯해 여러 가지 생리학적 과정에도 큰 영향을 미친다. 세포 외부의 나트륨 농도가 높아지면 세포 내부로 물이 유입되어 부풀어 오르기 쉽지만, 나트륨-칼륨 펌프가 활성화되어 나트륨을 배출함으로써 세포의 부풀어 오르는 것을 방지한다. 또한, 세포의 대사와 영양소 흡수, 신호전달 과정에서도 중요한 역할을 한다.

이 펌프의 기능 이상은 다양한 질병과 연관이 있을 수 있다. 예를 들어, 나트륨-칼륨 펌프가 제대로 기능하지 않을 경우, 심장 질환, 고혈압, 신경계 질환 등 여러 가지 질병의 발병 원인이 될 수 있다. 따라서 나트륨-칼륨 펌프는 생리학적으로나 의학적으로 매우 중요한 연구 대상이 되고 있다.