Função da bomba de potássio de sódio, funções e importância



O bomba de sódio de potássio é um mecanismo de transporte celular ativo que move os íons de sódio (Na+) do interior da célula para o exterior eo ião de potássio (K+) na direção oposta. A bomba é responsável por manter os gradientes de concentração característicos de ambos os íons.

Este transporte de íons ocorre contra gradientes de concentração normais, porque quando um íon é altamente concentrado na célula, ele tende a deixá-lo igualar as concentrações com o exterior. A bomba de sódio e potássio quebra este princípio, e para isso requer energia na forma de ATP.

De fato, esta bomba é um modelo de transporte celular ativo. A bomba é formada por um complexo de natureza enzimática que realiza os movimentos dos íons dentro e fora da célula. Está presente em todas as membranas de células animais, embora seja mais abundante em certos tipos, como neurônios e células musculares.

Os íons de sódio e potássio são cruciais para várias funções biológicas, como a manutenção e regulação do volume celular, a transmissão de impulsos nervosos, a geração de contrações musculares, entre outros.

Índice

  • 1 operação
    • 1.1 Princípios básicos do transporte celular
    • 1.2 Transporte ativo e passivo
    • 1.3 Características da bomba de sódio e potássio
    • 1.4 Como funciona a bomba de sódio e potássio?
    • 1.5 ATPase
    • 1.6 Bombas iônicas regênicas e eletrogênicas
    • 1.7 Velocidade da bomba
    • 1.8 Cinética de transporte
  • 2 Funções e importância
    • 2.1 Controle de volume celular
    • 2.2 Potencial de membrana em repouso
    • 2.3 impulsos nervosos
  • 3 inibidores
  • 4 referências

Operação

Princípios básicos do transporte celular

Antes de explorar em profundidade o funcionamento da bomba de sódio-potássio, é necessário entender e definir os termos mais utilizados em termos de transporte celular.

As células estão em constante troca de materiais com seu ambiente externo. Esse movimento ocorre graças à presença de membranas lipídicas semipermeáveis ​​que permitem que as moléculas entrem e saiam na conveniência da célula; as membranas são entidades altamente seletivas.

As biomembranas não são compostas apenas de lipídios; eles também têm uma série de proteínas ligadas a eles que podem cruzá-los ou se ancorar a eles por outras rotas.

Dado o comportamento apolar do interior das membranas, a entrada de substâncias polares fica comprometida. No entanto, o deslocamento de moléculas polares é necessário para atender a diferentes processos; portanto, a célula deve ter mecanismos que permitam o trânsito dessas moléculas polares.

A passagem de moléculas pelas membranas pode ser explicada por princípios físicos. Difusão é o movimento aleatório de moléculas de áreas de altas concentrações para regiões onde a concentração é menor.

Além disso, o movimento da água por meio de membranas semipermeáveis ​​é explicado por osmose, um processo no qual o fluxo de água ocorrerá onde há uma maior concentração de solutos.

Transporte ativo e passivo

Dependendo do uso ou não da energia, o transporte através das membranas é classificado como passivo e ativo.

Quando um soluto é transportado passivamente, ele o faz apenas em favor de gradientes de concentração, seguindo o princípio da difusão simples.

Pode fazê-lo através da membrana, através de canais aquosos ou usando uma molécula transportadora que facilita o processo. O papel da molécula transportadora é "mascarar" uma substância polar para que ela possa passar através da membrana.

Chega um ponto em que os solutos equacionam suas concentrações nos dois lados da membrana e o fluxo pára. Se você quiser mover a molécula em alguma direção, precisará injetar energia no sistema.

No caso de moléculas carregadas, o gradiente de concentração e o gradiente elétrico devem ser levados em consideração.

A célula investe muita energia para manter esses gradientes longe do equilíbrio, graças à existência de transporte ativo que usa o ATP para mover uma partícula para áreas de alta concentração.

Características da bomba de sódio e potássio

Dentro das células, a concentração de potássio é cerca de 10 a 20 vezes maior, comparada ao exterior da célula. Da mesma forma, a concentração de íons de sódio é muito maior fora da célula.

O mecanismo responsável pela manutenção desses gradientes de concentração é a bomba de sódio e potássio, formada por uma enzima ancorada à membrana plasmática em células animais.

É do tipo antiporte, pois troca um tipo de molécula de um lado da membrana por outro. O transporte de sódio ocorre para fora, enquanto o transporte de potássio ocorre no interior.

Em relação às proporções, a bomba requer a troca obrigatória de dois íons de potássio do exterior por três íons de sódio do interior da célula. Quando há uma falta de íons de potássio, a troca de íons de sódio que normalmente ocorre não pode ser realizada.

Como funciona a bomba de sódio e potássio?

O passo inicial é a fixação dos três íons de sódio na proteína ATPase.A quebra do ATP no ADP e no fosfato ocorre; o fosfato liberado nessa reação está associado à proteína, induzindo uma mudança conformacional nos canais de transporte.

O passo é conhecido como fosforilação de proteínas. Com essas modificações, os íons de sódio são expelidos para o exterior da célula. Posteriormente, ocorre a união dos dois íons de potássio de fora.

Na proteína, os grupos fosfato são desacoplados (a proteína é desfosforilada) e a proteína retorna à sua estrutura inicial. Neste estágio os íons de potássio podem entrar.

ATPase

Estruturalmente, a "bomba" é uma enzima do tipo ATPase que possui sítios de ligação para íons de sódio e ATP na superfície que está voltada para o citoplasma, e na porção que está voltada para o exterior da célula são os locais de interesse. união para o potássio.

Em células de mamíferos, a troca de íons citoplasmáticos de Na + por íons K + extracelulares é mediada por uma enzima ancorada na membrana, denominada ATPase. A troca de íons se traduz em um potencial de membrana.

Esta enzima consiste em dois polipeptídeos de membrana com duas subunidades: alfa de 112 kD e beta de 35 kD.

Bombas iônicas, regênicas e eletrogênicas

Como o movimento de íons através das membranas é desigual (dois íons de potássio para três íons de sódio), o movimento líquido para o exterior envolve uma carga positiva por ciclo de bombeamento.

Essas bombas são chamadas de reogênicas, pois envolvem um movimento líquido de cargas e produzem uma corrente elétrica transmembrana. No caso em que a corrente gera um efeito na tensão da membrana, a bomba é chamada eletrogênica.

Velocidade da bomba

Sob condições de normalidade, a quantidade de íons de sódio bombeados para o exterior da célula é igual ao número de íons que entram na célula, então o fluxo líquido de movimento é igual a zero.

A quantidade de íons que existe fora e dentro da célula é determinada por dois fatores: a velocidade na qual ocorre o transporte ativo de sódio e a velocidade na qual ele entra novamente através de processos de difusão.

Logicamente, a velocidade de entrada por difusão determina a velocidade requerida pela bomba para manter a concentração necessária nos ambientes intra e extracelular. Quando a concentração aumenta, a bomba aumenta sua velocidade.

Cinética de transporte

O transporte ativo exibe cinética de Michaelis-Menten, característica de um número significativo de enzimas. Da mesma forma, é inibido por moléculas análogas.

Funções e importância

Controle de volume celular

A bomba de sódio e potássio é responsável por manter um volume celular ótimo. Este sistema promove a saída de íons de sódio; portanto, o ambiente extracelular adquire cargas positivas. Devido à atração de cargas, os íons se acumulam com cargas negativas, como íons de cloro ou bicarbonato.

Neste ponto, o fluido extracelular tem uma quantidade significativa de íons, o que gera o movimento da água do interior da célula para o exterior - por osmose - para diluir esses solutos.

Potencial de membrana em repouso

A bomba de sódio e potássio é conhecida por seu papel no impulso nervoso. As células nervosas, chamadas neurônios, são eletricamente ativas e especializadas para o transporte de impulsos. Nos neurônios, pode-se falar de um "potencial de membrana".

Um potencial de membrana ocorre quando há uma desigualdade de concentração iônica em ambos os lados da membrana. Como o interior da célula tem grandes quantidades de potássio e o exterior é rico em sódio, esse potencial existe.

O potencial de membrana pode ser distinguido quando a célula está em repouso (não há eventos ativos ou pós-sinápticos), bem como o potencial de ação.

Quando a célula está em repouso, um potencial de -90 mV é estabelecido e esse valor é mantido principalmente pela bomba de potássio e sódio. Na maioria das células estudadas, os potenciais de repouso estão na faixa entre -20 mV e -100 mV.

Impulsos nervosos

O impulso nervoso leva à abertura dos canais de sódio, cria um desequilíbrio na membrana e é considerado "despolarizado". Uma vez que tem uma carga positiva, ocorre uma reversão da carga no lado interno da membrana.

Quando a imposição termina, a abertura dos canais de potássio ocorre para reabastecer as cargas dentro da célula. Neste momento, a bomba de sódio e potássio mantém a concentração dos referidos íons constante.

Inibidores

A bomba de sódio e potássio pode ser inibida pela ouabina glicosídica cardíaca. Quando este composto atinge a superfície da célula, ele compete pelos locais de ligação dos íons. Também é inibida por outros glicosídeos, como a digoxina.

Referências

  1. Curtis, H., & Schnek, A. (2006). Convite para Biologia. Ed. Panamericana Medical.
  2. Hill, R.W., Wyse, G. A., Anderson, M., & Anderson, M. (2004). Fisiologia animal. Sinauer Associates.
  3. Randall, D., Burggren, W. W., Burggren, W., French, K. e Eckert, R. (2002). Eckert fisiologia animal. Macmillan.
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  5. Uribe, R. R., & Bestene, J. A. Toxicologia.Práticas e procedimentos. Diretrizes de prática clínica. Vol. 2, volume IV. Pontifícia Universidade Javeriana.