모든 뉴런은 전기 신호 전달을 가능하게 하는 이온 기울기를 유지하기 위해 지속적으로 에너지를 소모합니다. 이 과정에 관여하는 효소는 나트륨-칼륨 펌프, 즉 Na+/K+-ATPase로, ATP 분자 하나가 가수분해될 때마다 나트륨 이온 세 개를 세포 밖으로 내보내고 칼륨 이온 두 개를 세포 안으로 들여보냅니다.

결과적으로 형성되는 전위차는 휴지 전위, 활동 전위 시 나트륨 유입, 그리고 신경전달물질 및 기타 용질을 이동시키는 많은 이차 수송체에 에너지를 공급합니다. 이 펌프는 전기 발생성(주기당 하나의 양전하를 순 배출)이기 때문에 막 전위에도 미미하지만 직접적으로 기여합니다. 이 펌프의 활성은 세포 내 나트륨 농도, 인산화 및 신호 전달 경로에 의해 조절됩니다.

심장 배당체로 펌프 기능을 억제하거나 에너지를 고갈시키면 전위차가 사라지고 막이 탈분극되어 궁극적으로 신호 전달이 차단됩니다. 펌프의 높은 대사 비용은 뇌가 혈류나 산소 공급 중단에 매우 민감한 주요 원인입니다. 따라서 펌프 기능을 이해하는 것은 세포 신경생리학과 대사 장애의 병태생리학 모두에 매우 중요합니다.

뇌의 ATP 소비량의 약 절반은 이 단일 효소의 활동에 기인합니다.