A bomba sódio-potássio é uma enzima da membrana celular responsável pelo transporte de íons sódio e potássio. Você pode descobrir como funciona neste post.
A bomba de sódio-potássio é uma bomba de íons localizada na membrana celular e garante ativamente que o potencial de repouso da membrana seja mantido.
O sódio (Na + ) difunde-se constantemente através das chamadas correntes de fuga para o interior da célula. A longo prazo, isso levaria a uma equalização de carga e voltagem entre o espaço intracelular e extracelular. Para o potencial de membrana em repouso, isso significaria o fim.
Sob o consumo de ATP, o que significa que a célula precisa de energia para este processo, três íons de sódio carregados positivamente são transportados para fora do interior da célula e, em troca, dois íons de potássio carregados positivamente são trazidos para dentro da célula. Desta forma, o interior da célula perde uma partícula carregada positivamente por ciclo e posteriormente torna-se mais negativa. A célula, assim, intervém ativamente no desequilíbrio de carga da dicotomia dentro-fora e evita a equalização de carga e tensão através de correntes de fuga de Na + .
Apenas a manutenção do potencial de repouso garante a possibilidade de excitabilidade de uma célula nervosa. Se a voltagem no espaço intracelular e extracelular fosse idêntica, não seria possível transmitir um estímulo elétrico. O impulso simplesmente fracassaria na matriz celular.
Apenas íons de sódio e potássio podem ser transportados na bomba de sódio-potássio. Tudo funciona assim: no início, a bomba de sódio-potássio fica voltada apenas para o interior da célula e está aberta apenas para este lado. A bomba de íons contém proteínas transportadoras especiais às quais apenas íons de potássio e sódio podem se acoplar. No entanto, as proteínas transportadoras de potássio são desativadas no momento em que a bomba iônica é aberta para o espaço intracelular.
Apenas íons de sódio podem se acoplar aos três sítios de ligação. Quando todas as proteínas transportadoras do mesmo tipo estão ocupadas, o mecanismo de bombeamento se inverte, fazendo com que a bomba iônica se abra em direção ao espaço extracelular e feche em direção ao espaço intracelular. Por meio desse mecanismo, a célula garante que realmente apenas seus íons transportados mudam o lado da membrana. O processo agora é repetido com potássio: os íons potássio se acumulam nos dois locais de ancoragem das proteínas transportadoras. O mecanismo se inverte novamente e libera os dois íons de potássio para o interior da célula.
Bomba de sódio-potássio explicada de forma simples
Uma bomba de íons é uma proteína ( enzima ) na membrana celular que pode transportar íons de um lado da membrana para o outro lado. Isso inclui a bomba de sódio e potássio. Ele bombeia três íons de sódio para fora da célula e , em retorno , dois íons de potássio para dentro da célula .
A bomba requer energia para isso e, portanto, separa um trifosfato de adenosina (ATP) para cada processo de transporte. Portanto, você também a chama de ATPase sódio-potássio . Um processo de transporte que requer energia é chamado principalmente de transporte ativo . Pode funcionar contra um gradiente de concentração. Isso significa que as partículas são transportadas de um local com menor concentração para um local com maior concentração. É assim que a bomba de sódio-potássio mantém a diferença de concentração nas células.
Definição da bomba de sódio e potássio
A bomba sódio-potássio (também: bomba Na K, Na K ATPase ou bomba sódio-potássio) é uma enzima localizada na membrana. Com o consumo de ATP, catalisa o transporte de íons sódio e potássio através da membrana celular.
A ATPase sódio-potássio (mais precisamente: Na + /K + -ATPase ), também conhecida como bomba de íons sódio-potássio , é uma proteína transmembrana ancorada na membrana celular . A enzima catalisa, com hidrólise de ATP ( ATPase ), o transporte de íons sódio para fora da célula e o transporte de íons potássio para dentro da célula, contra o gradiente de concentração .
A energia deve ser disponibilizada para os processos de transporte através das membranas biológicas que ocorrem contra um gradiente de concentração. Isso é alcançado pela hidrólise do ATP ou pela quebra de outro gradiente de concentração (“transporte ativo”).
O fenômeno do transporte dirigido por ATP é melhor estudado para o transporte de Na + /K + através da membrana plasmática. Ambos os cátions são distribuídos de forma desigual nas células:
- A concentração de Na + dentro da célula é baixa;
- a concentração de K + no interior é alta.
Este gradiente de concentração vital é causado por um lado pelos canais de potássio (ver sistema de sensores de açúcar no sangue) e por outro lado pela ATPase sódio-potássio eletrogênica. Este consiste em dois polipeptídeos , ou seja, uma subunidade α e uma β , sendo o elemento α a unidade funcional e o elemento β servindo para ancorar a proteína na membrana celular. A ATPase sódio-potássio ocorre em várias isoformas das subunidades α e β, com diferenças na distribuição, afinidade por glicosídeos cardíacos e funções. O tipo de isoenzima α 1 é encontrado em todas as células humanas, α 2 – e α 3-Tipos de células nervosas e células do músculo cardíaco (miocárdio).
Função de bomba de sódio-potássio
A ATPase sódio-potássio transporta íons Na + para fora da célula e íons K + de volta para dentro da célula. Portanto, garante que os íons sejam transportados em direções opostas. Portanto, você também se refere a eles como antiportadores . Para a célula, isso significa que três cargas positivas são removidas e apenas duas cargas positivas são adicionadas de volta. A cada transporte, a carga total dentro da célula diminui em um. A longo prazo, a célula é então mais carregada negativamente. Você chama uma proteína de transporte que cria uma voltagem elétrica eletrogênica .
Mas qual é o ponto? A proteína de transporte neutraliza ativamente a equalização de carga por meio de seu processo de bombeamento. Porque bombeia os íons contra seu gradiente de concentração. Isso permite que a célula mantenha uma tensão negativa (= potencial de repouso ). Isto é particularmente importante para as células nervosas. Eles só são capazes de transmitir estímulos elétricos se tiverem um potencial de repouso estável.
Normalmente, a concentração de íons de potássio dentro da célula é alta, enquanto a concentração de sódio fora da célula é alta. Em repouso, os canais de íons de potássio na membrana celular estão abertos. Isso permite que os íons de potássio fluam para fora da célula.
Ao mesmo tempo, existem as chamadas correntes de fuga de Na + . Estas são correntes de íons de sódio diretamente através da membrana. Assim, os íons se movem ao longo de seu gradiente de concentração para igualar a concentração. Como os íons são carregados, haveria uma equalização de carga ao longo do tempo. A bomba de íons neutraliza isso.
Mecanismo de bomba de sódio-potássio
A bomba potássio-sódio transporta três íons sódio do citoplasma para o exterior (espaço extracelular) e dois íons potássio do espaço extracelular de volta ao citoplasma. Com cada processo de transporte, ele usa uma molécula de ATP. Agora vamos ver o processo passo a passo.
- A Na+-K+-ATPase está aberta dentro da célula. Três íons de sódio ligam-se a sítios de ligação específicos.
- Uma molécula de ATP se liga ao seu sítio de ligação na parte interna da proteína. O ATP é hidrolisado (dividido) em ADP (difosfato de adenosina) e um resíduo de fosfato. Apenas o fosfato permanece ligado ao sítio de ligação.
- A energia liberada leva a uma mudança conformacional da enzima. Fecha por dentro e abre por fora.
- Os três íons de sódio são liberados da proteína. Dois íons de potássio externos estão ligados a sítios de ligação específicos na enzima.
Agora você sabe como a bomba de sódio-potássio transporta os íons contra seu gradiente de concentração. Desta forma, mantém constante o potencial de repouso das células.
Efeito dos glicosídeos cardíacos
veja também artigo principal: glicosídeo cardíaco
Glicosídeos do grupo digitálico ( digoxina , digitoxina e sua aglicona digitoxigenina ) e do grupo da família estrofantina ( g-strofantina ( sinônimo em inglês: ouabaína ) e k-estrofantina ) – esta última, porém, apenas em altas concentrações – bloqueiam o K + conformação da ATPase ainda no estado fosforilado. Isso inibe o transporte de íons.
Isso aumenta indiretamente a concentração de Ca 2+ intracelular e, portanto, a contração do músculo cardíaco.
- o transporte de Ca 2+ depende do princípio antiport do gradiente de concentração de Na + ( trocador sódio-cálcio ).
- Se isso for reduzido, uma quantidade crescente de Ca 2+ permanece na célula muscular, o que intensifica sua contração.
Como as células do músculo cardíaco de uma pessoa com insuficiência cardíaca contêm muito cálcio (“sobrecarga de cálcio”, o que leva a uma redução na contratilidade), era incompreensível até recentemente por que um aumento adicional no conteúdo de cálcio celular pode levar a um aumento na contratilidade. Uma possível hipótese explicativa: as isoformas α 2 – e α 3 –As bombas sódio-potássio estão localizadas junto com os trocadores sódio-cálcio diretamente acima das extensões dos estoques de cálcio da célula (retículo sarcoplasmático).
Esta unidade funcional é chamada de plasmerossoma. Como resultado, a concentração local de sódio ou cálcio pode ser aumentada inibindo apenas um número relativamente pequeno de bombas de sódio-potássio pelos glicosídeos cardíacos, o que estimula o retículo sarcoplasmático a liberar quantidades significativamente maiores de cálcio para as proteínas contráteis (por exemplo, a cada batimento cardíaco ), sem que a concentração total de sódio e cálcio na célula se altere significativamente. Em vez disso, isso é regulado pela isoforma α1 da bomba de sódio-potássio. Os plasmerossomas já foram demonstrados para células nervosas e células musculares arteriais (Blaustein et al.
Concentrações baixas, ou seja, fisiológicas de g-estrofantina, medidas após ingestão oral (também após injeção intravenosa de baixa dose) ou endogenamente no corpo humano (g-estrofantina / ouabaína é um hormônio recém-descoberto) levam ao oposto do único conhecido mecanismo de ação, ou seja, para estimular a bomba de sódio-potássio (aprox. 50 estudos, por exemplo, Gao et al. 2002, Saunders & Scheiner-Bobis 2004) com a consequente redução do conteúdo celular de sódio e cálcio.
Isso pode levar a um efeito inotrópico negativo como no caso de uma preparação nitro (Belz et al. 1984, em pessoas com coração saudável) ou também a um efeito inotrópico positivo (Dohrmann & Schlief-Pflug 1986, em pessoas com doenças cardíacas) (provavelmente dependendo da situação inicial da concentração de cálcio das células do músculo cardíaco).
A K-estrofantina também pode estimular a bomba Na-K, mas não a digoxina (Saunders & Scheiner-Bobis 2004). Isso explica, por exemplo, o efeito oposto da estrofantina e da digoxina na angina pectoris, com a estrofantina tendo um efeito positivo no ECG e na frequência das convulsões (entre outros Salz & Schneider 1985, Kubicek & Reisner 1973), mas sabe-se que a digoxina tem um efeito negativo (entre outros Kubicek & Reisner 1973).
resumo
- A atividade da bomba de sódio-potássio garante que o potencial de repouso seja mantido.
- Em um ciclo, ele troca três íons Na+ por dois íons K+, aumentando assim o potencial negativo no espaço intracelular.