Funzione, funzioni e importanza della pompa al sodio di potassio

il pompa di sodio di potassio è un meccanismo di trasporto cellulare attivo che muove gli ioni di sodio (Na⁺) dall'interno della cellula verso l'esterno e lo ione di potassio (K⁺) nella direzione opposta. La pompa è responsabile del mantenimento dei gradienti di concentrazione caratteristici di entrambi gli ioni.

Questo trasporto di ioni avviene contro i normali gradienti di concentrazione, perché quando uno ione è altamente concentrato nella cellula tende a lasciarlo per equiparare le concentrazioni con l'esterno. La pompa di sodio al potassio infrange questo principio, e per farlo richiede energia sotto forma di ATP.

In effetti, questa pompa è un esempio modello di trasporto cellulare attivo. La pompa è formata da un complesso di natura enzimatica che esegue i movimenti degli ioni all'interno e all'esterno della cellula. È presente in tutte le membrane delle cellule animali, anche se è più abbondante in alcuni tipi, come i neuroni e le cellule muscolari.

Gli ioni sodio e potassio sono fondamentali per varie funzioni biologiche, come il mantenimento e la regolazione del volume cellulare, la trasmissione degli impulsi nervosi, la generazione di contrazioni muscolari, tra gli altri.

indice

• 1 operazione
  • 1.1 Principi di base del trasporto cellulare
  • 1.2 Trasporto attivo e passivo
  • 1.3 Caratteristiche della pompa di sodio e potassio
  • 1.4 Come funziona la pompa di sodio al potassio?
  • 1.5 ATPase
  • 1.6 Pompe ioniche rigeneranti ed elettrogeniche
  • 1.7 Velocità della pompa
  • 1.8 Cinetica di trasporto
• 2 Funzioni e importanza
  • 2.1 Controllo del volume cellulare
  • 2.2 Potenziale di membrana a riposo
  • 2.3 impulsi nervosi
• 3 inibitori
• 4 riferimenti

operazione

Principi di base del trasporto cellulare

Prima di approfondire il funzionamento della pompa sodio-potassio, è necessario comprendere e definire i termini più utilizzati in termini di trasporto cellulare.

Le cellule sono in uno scambio costante di materiali con il loro ambiente esterno. Questo movimento si verifica grazie alla presenza di membrane lipidiche semipermeabili che consentono alle molecole di entrare e uscire alla comodità della cellula; le membrane sono entità altamente selettive.

Le biomembrane non sono composte esclusivamente da lipidi; hanno anche una serie di proteine ​​a loro collegate che possono attraversarle o ancorarsi a queste da altre rotte.

Dato il comportamento apolare dell'interno delle membrane, l'ingresso di sostanze polari è compromesso. Tuttavia, lo spostamento delle molecole polari è necessario per conformarsi a diversi processi; pertanto, la cellula deve avere meccanismi che consentano il transito di queste molecole polari.

Il passaggio di molecole attraverso le membrane può essere spiegato con principi fisici. La diffusione è il movimento casuale di molecole da aree di alte concentrazioni a regioni in cui la concentrazione è inferiore.

Inoltre, il movimento dell'acqua per mezzo di membrane semipermeabili è spiegato dall'osmosi, un processo in cui si verificherà il flusso di acqua dove c'è una maggiore concentrazione di soluti.

Trasporto attivo e passivo

A seconda dell'uso o meno dell'energia, il trasporto attraverso le membrane è classificato come passivo e attivo.

Quando un soluto viene trasportato passivamente lo fa solo a favore dei gradienti di concentrazione, seguendo il principio della semplice diffusione.

Può farlo attraverso la membrana, attraverso canali acquosi o usando una molecola di trasporto che facilita il processo. Il ruolo della molecola del trasportatore è quello di "mascherare" una sostanza polare in modo che possa passare attraverso la membrana.

Arriva un punto in cui i soluti hanno equiparato le loro concentrazioni su entrambi i lati della membrana e il flusso si ferma. Se vuoi spostare la molecola in qualche direzione, devi iniettare energia nel sistema.

Nel caso di molecole caricate, devono essere presi in considerazione il gradiente di concentrazione e il gradiente elettrico.

La cellula investe molta energia nel mantenere questi gradienti lontani dall'equilibrio, grazie all'esistenza di un trasporto attivo che usa l'ATP per spostare una particella in aree ad alta concentrazione.

Caratteristiche della pompa di sodio e potassio

All'interno delle cellule la concentrazione di potassio è circa da 10 a 20 volte superiore, rispetto alla cellula esterna. Allo stesso modo, la concentrazione di ioni di sodio è molto più alta all'esterno della cellula.

Il meccanismo responsabile del mantenimento di questi gradienti di concentrazione è la pompa del potassio di sodio, formata da un enzima ancorato alla membrana plasmatica in cellule animali.

È di tipo antiport, poiché scambia un tipo di molecola da un lato della membrana a un altro. Il trasporto di sodio avviene verso l'esterno, mentre il trasporto di potassio avviene nell'entroterra.

Per quanto riguarda le proporzioni, la pompa richiede lo scambio obbligatorio di due ioni di potassio dall'esterno da tre ioni di sodio dall'interno della cellula. Quando c'è una carenza di ioni di potassio, lo scambio di ioni di sodio che normalmente si verificano non può essere effettuato.

Come funziona la pompa di sodio al potassio?

Il primo passo è la fissazione dei tre ioni di sodio nella proteina ATPasi.La rottura di ATP in ADP e fosfato si verifica; il fosfato rilasciato in questa reazione è associato alla proteina, inducendo un cambiamento conformazionale nei canali di trasporto.

Il passaggio è noto come fosforilazione della proteina. Con queste modifiche, gli ioni di sodio vengono espulsi all'esterno della cellula. Successivamente, si verifica l'unione dei due ioni di potassio dall'esterno.

Nella proteina, i gruppi fosfato sono disaccoppiati (la proteina è defosforilata) e la proteina ritorna alla sua struttura iniziale. In questa fase possono entrare gli ioni di potassio.

ATPasi

Strutturalmente, la "pompa" è un enzima del tipo ATPasi che ha siti di legame per gli ioni di sodio e ATP sulla superficie che si affaccia sul citoplasma e nella porzione che si trova all'esterno della cellula sono i siti di unione per il potassio.

Nelle cellule di mammifero lo scambio di ioni citoplasmatici Na + da parte di ioni K + extracellulari è mediato da un enzima ancorato alla membrana, chiamato ATPasi. Lo scambio di ioni si traduce in un potenziale di membrana.

Questo enzima consiste di due polipeptidi di membrana con due subunità: alfa di 112 kD e beta di 35 kD.

Pompe ioniche, rigene ed elettrogeniche

Poiché il movimento degli ioni attraverso le membrane è disuguale (due ioni di potassio per tre ioni di sodio), il movimento netto verso l'esterno comporta una carica positiva per ciclo di pompaggio.

Queste pompe sono chiamate reogen, poiché comportano un movimento netto di cariche e producono una corrente elettrica transmembrana. Nel caso in cui la corrente genera un effetto sulla tensione della membrana, la pompa viene chiamata elettrogenica.

Velocità della pompa

In condizioni di normalità, la quantità di ioni di sodio pompati all'esterno della cella è uguale al numero di ioni che entrano nella cella, quindi il flusso netto di movimento è uguale a zero.

La quantità di ioni che si trovano all'esterno e all'interno della cellula è determinata da due fattori: la velocità alla quale si verifica il trasporto attivo di sodio e la velocità alla quale entra nuovamente attraverso i processi di diffusione.

Logicamente, la velocità di ingresso per diffusione determina la velocità richiesta dalla pompa per mantenere la concentrazione richiesta negli ambienti intra ed extracellulari. Quando la concentrazione aumenta, la pompa aumenta la sua velocità.

Cinetica di trasporto

Il trasporto attivo esibisce la cinetica di Michaelis-Menten, caratteristica di un numero significativo di enzimi. Allo stesso modo, è inibito da molecole analoghe.

Funzioni e importanza

Controllo del volume cellulare

La pompa di sodio al potassio è responsabile del mantenimento di un volume cellulare ottimale. Questo sistema promuove l'uscita degli ioni sodio; quindi, l'ambiente extracellulare acquisisce cariche positive. A causa dell'attrazione delle cariche, gli ioni si accumulano con cariche negative, come gli ioni di cloro o bicarbonato.

A questo punto il liquido extracellulare ha una quantità significativa di ioni, che genera il movimento dell'acqua dall'interno della cellula verso l'esterno - per osmosi - per diluire questi soluti.

Potenziale di membrana a riposo

La pompa di sodio al potassio è nota per il suo ruolo nell'impulso nervoso. Le cellule nervose, chiamate neuroni, sono elettricamente attive e specializzate per il trasporto di impulsi. Nei neuroni, si può parlare di un "potenziale di membrana".

Un potenziale di membrana si verifica quando c'è una disuguaglianza di concentrazione ionica su entrambi i lati della membrana. Poiché l'interno della cellula ha grandi quantità di potassio e l'esterno è ricco di sodio, questo potenziale esiste.

Il potenziale di membrana può essere distinto quando la cellula è a riposo (non ci sono eventi attivi o post-sinaptici), così come il potenziale d'azione.

Quando la cellula è a riposo, viene stabilito un potenziale di -90 mV e questo valore viene mantenuto principalmente dalla pompa di sodio al potassio. Nella maggior parte delle cellule studiate, i potenziali di riposo sono compresi nell'intervallo tra -20 mV e -100 mV.

Impulsi nervosi

L'impulso nervoso porta all'apertura dei canali del sodio, crea uno squilibrio nella membrana e si dice che sia "depolarizzato". Poiché ha una carica positiva, un'inversione del carico si verifica sul lato interno della membrana.

Quando l'imponenza finisce, l'apertura dei canali del potassio si verifica per ricostituire le cariche all'interno della cellula. In questo momento la pompa di sodio e di potassio mantiene costante la concentrazione di detti ioni.

inibitori

La pompa di sodio potassio può essere inibita dalla ouabina glucoside cardiaca. Quando questo composto raggiunge la superficie della cellula, compete per i siti di legame degli ioni. È anche inibito da altri glicosidi come la digossina.

riferimenti

1. Curtis, H., & Schnek, A. (2006). Invito alla biologia. Ed. Panamericana Medical.
2. Hill, R.W., Wyse, G.A., Anderson, M., & Anderson, M. (2004). Fisiologia animale. Soci Sinauer.
3. Randall, D., Burggren, W. W., Burggren, W., French, K., & Eckert, R. (2002). Fisiologia animale di Eckert. Macmillan.
4. Skou, J. C., & Esmann, M. (1992). Il na, k-atpase. Rivista di bioenergetica e biomembrane, 24(3), 249-261.
5. Uribe, R. R., e Bestene, J. A. Tossicologia.Pratiche e procedure. Linee guida per la pratica clinica. Vol. 2, volume IV. Pontificia Universidad Javeriana.