Каждый нейрон постоянно расходует энергию для поддержания ионных градиентов, которые делают возможной передачу электрических сигналов. За это отвечает фермент натрий-калиевый насос, или Na+/K+-АТФаза, который перемещает три иона натрия из клетки и два иона калия внутрь на каждую гидролизованную молекулу АТФ.

Образующиеся градиенты обеспечивают поддержание потенциала покоя, приток натрия во время потенциалов действия, а также работу многих вторичных транспортных белков, перемещающих нейромедиаторы и другие растворенные вещества. Поскольку насос является электрогенным — чистый экспорт одного положительного заряда за цикл — он также вносит незначительный и прямой вклад в мембранный потенциал. Его активность регулируется внутриклеточным уровнем натрия, фосфорилированием и сигнальными путями.

Ингибирование работы насоса с помощью сердечных гликозидов или истощения энергетических ресурсов приводит к разрушению градиентов, деполяризации мембраны и, в конечном итоге, предотвращает дальнейшую передачу сигналов. Высокая метаболическая стоимость работы насоса является одной из основных причин его чувствительности к нарушениям кровотока или снабжения кислородом. Поэтому понимание функции насоса имеет центральное значение как для клеточной нейрофизиологии, так и для патофизиологии метаболических нарушений.

Примерно половина потребления АТФ мозгом приходится на активность этого единственного фермента.