Funcția de pompă de potasiu de sodiu, funcții și importanță



pompa de sodiu de potasiu este un mecanism de transport celular activ care mută ionii de sodiu (Na+) din interiorul celulei către exterior și ionul de potasiu (K+) în direcția opusă. Pompa este responsabilă pentru menținerea gradientelor de concentrație caracteristice pentru ambii ioni.

Acest transport de ioni are loc în raport cu gradientele de concentrație normale, deoarece atunci când un ion este foarte concentrat în celulă, acesta tinde să-l lase pentru a echivala concentrațiile cu exteriorul. Pompa de sodiu de potasiu încalcă acest principiu și necesită energie sub formă de ATP.

De fapt, această pompă este un exemplu model de transport celular activ. Pompa este formată dintr-un complex de natură enzimatică care efectuează mișcările ionilor din interiorul și din exteriorul celulei. Este prezentă în toate membranele celulelor animale, deși este mai abundentă în anumite tipuri, cum ar fi neuronii și celulele musculare.

Ioniții de sodiu și potasiu sunt cruciale pentru diferite funcții biologice, cum ar fi menținerea și reglarea volumului celulelor, transmiterea impulsurilor nervoase, generarea contracțiilor musculare, printre altele.

index

  • 1 Operație
    • 1.1 Principiile de bază ale transportului celular
    • 1.2 Transportul activ și pasiv
    • 1.3 Caracteristicile pompei de sodiu de potasiu
    • 1.4 Cum funcționează pompa de potasiu de sodiu?
    • 1,5 ATPază
    • 1.6 Pompe ionice regenice și electrogenice
    • 1.7 Viteza pompei
    • 1.8 Kinetica transportului
  • 2 Funcții și importanță
    • 2.1 Controlul volumului celulelor
    • 2.2 Potențialul membranei de repaus
    • 2.3 Impulsuri nervoase
  • 3 Inhibitori
  • 4 Referințe

operație

Principiile de bază ale transportului celular

Înainte de explorarea în profunzime a funcționării pompei de sodiu-potasiu, este necesar să se înțeleagă și să se definească termenii cei mai folosiți în ceea ce privește transportul celular.

Celulele se află într-un schimb constant de materiale cu mediul lor extern. Această mișcare are loc datorită prezenței membranelor lipidice semipermeabile care permit moleculelor să intre și să iasă din confortul celulei; membranele sunt entități foarte selective.

Biomembranele nu sunt compuse exclusiv din lipide; ei au, de asemenea, o serie de proteine ​​legate de ele care le pot traversa sau se ancorează pe ele prin alte căi.

Având în vedere comportamentul apolar al interiorului membranelor, intrarea substanțelor polar este compromisă. Cu toate acestea, deplasarea moleculelor polare este necesară pentru a se conforma diferitelor procese; prin urmare, celula trebuie să aibă mecanisme care să permită tranzitarea acestor molecule polare.

Trecerea moleculelor prin membrane poate fi explicată prin principii fizice. Difuzia este mișcarea aleatorie a moleculelor din zonele cu concentrații ridicate în regiunile în care concentrația este mai mică.

De asemenea, mișcarea apei prin intermediul membranelor semipermeabile se explică prin osmoză, proces în care se va produce curgerea apei acolo unde există o concentrație mai mare de substanțe dizolvate.

Transportul activ și pasiv

În funcție de utilizarea sau nu a energiei, transportul prin membrane este clasificat ca fiind pasiv și activ.

Atunci când o substanță dizolvată este transportată pasiv, ea face acest lucru numai în favoarea gradientelor de concentrație, urmând principiul difuziei simple.

Se poate face prin membrană, prin canale apoase sau prin utilizarea unei molecule de transport care facilitează procesul. Rolul moleculei transportoare este de a "masca" o substanță polară astfel încât să poată trece prin membrană.

Vine un punct în care substanțele dizolvate au echivalat concentrațiile lor pe ambele părți ale membranei și fluxul se oprește. Dacă doriți să mutați molecula într-o anumită direcție, va trebui să injectați energie în sistem.

În cazul moleculelor încărcate, trebuie luat în considerare gradientul de concentrație și gradientul electric.

Celula investește multă energie în menținerea acestor gradienți departe de echilibru, datorită existenței unui transport activ care utilizează ATP pentru a muta o particulă în zone cu o concentrație ridicată.

Caracteristicile pompei de potasiu de sodiu

În interiorul celulelor, concentrația de potasiu este de aproximativ 10 până la 20 de ori mai mare, comparativ cu exteriorul celular. În același mod, concentrația de ioni de sodiu este mult mai mare în afara celulei.

Mecanismul responsabil pentru menținerea acestor gradienți de concentrație este pompa de sodiu de potasiu, formată de o enzimă ancorată la membrana plasmatică din celulele animale.

Este de tip antiport, deoarece schimbă un fel de moleculă dintr-o parte a membranei pentru alta. Transportul de sodiu are loc în exterior, în timp ce transportul de potasiu are loc în interiorul țării.

În ceea ce privește proporțiile, pompa necesită schimbarea obligatorie a doi ioni de potasiu din exterior cu trei ioni de sodiu din interiorul celulei. Atunci când există un deficit de ioni de potasiu, schimbul de ioni de sodiu care ar putea apărea în mod normal nu poate fi efectuat.

Cum functioneaza pompa de potasiu de sodiu?

Pasul inițial este fixarea celor trei ioni de sodiu în proteina ATPază.Se produce defalcarea ATP în ADP și fosfat; fosfatul eliberat în această reacție este asociat cu proteina, determinând o schimbare conformațională în canalele de transport.

Etapa este cunoscută sub numele de fosforilarea proteinelor. Cu aceste modificări, ionii de sodiu sunt expulzați în exteriorul celulei. Ulterior, se produce unirea celor doi ioni de potasiu din exterior.

În proteină, grupările fosfat sunt decuplate (proteina este defosforilată), iar proteina revine la structura sa inițială. În această etapă pot intra ionii de potasiu.

ATPazei

Structurally, "pompa" este o enzimă de tip ATPază care are situsuri de legare pentru ionii de sodiu și ATP pe suprafața care se confruntă cu citoplasma, iar în porțiunea care se confruntă cu exteriorul celulei sunt locurile de unitate pentru potasiu.

La celulele de mamifere, schimbul de ioni citoplasmatici Na + prin ioni K + extracelulare este mediată de o enzimă ancorată la membrană, numită ATPază. Schimbul de ioni se traduce într-un potențial de membrană.

Această enzimă constă din două polipeptide membranare cu două subunități: alfa de 112 kD și beta de 35 kD.

Pompe ionice, regenice și electrogenice

Deoarece mișcarea ionilor prin membrane este inegală (doi ioni de potasiu pentru trei ioni de sodiu), mișcarea netă spre exterior implică o sarcină pozitivă pe ciclu de pompare.

Aceste pompe sunt numite reogene, deoarece implică o mișcare netă de sarcini și produc un curent electric transmembranar. În cazul în care curentul generează un efect asupra tensiunii membranei, pompa este denumită electrogenică.

Viteza pompei

În condiții normale, cantitatea de ioni de sodiu pompată în exteriorul celulei este egală cu numărul de ioni care intră în celulă, astfel încât fluxul net de mișcare este egal cu zero.

Cantitatea de ioni care există în interiorul și în interiorul celulei este determinată de doi factori: viteza la care apare transportul activ de sodiu și viteza la care intră din nou prin procesele de difuzie.

Logic, viteza de intrare prin difuzie determină viteza necesară pompei pentru a menține concentrația necesară în mediile intra și extracelulare. Când crește concentrația, pompa își mărește viteza.

Chinetica transportului

Transportul activ prezintă cinetice Michaelis-Menten, caracteristice unui număr semnificativ de enzime. De asemenea, este inhibată de molecule analoage.

Funcții și importanță

Controlul volumului celulelor

Pompa de sodiu de potasiu este responsabilă pentru menținerea unui volum optim de celule. Acest sistem promovează ieșirea ionilor de sodiu; prin urmare, mediul extracelular dobândește taxe pozitive. Datorită atragerii încărcărilor, ionii se acumulează cu încărcături negative, cum ar fi ionii de clor sau bicarbonat.

În acest moment, fluidul extracelular are o cantitate semnificativă de ioni, ceea ce generează mișcarea apei din interiorul celulei către exterior - prin osmoză - pentru a dilua aceste substanțe dizolvate.

Potențialul membranei de repaus

Pompa de potasiu de sodiu este cunoscută pentru rolul său în impulsul nervos. Celulele nervoase, numite neuroni, sunt active din punct de vedere electric și specializate pentru transportul impulsurilor. În neuroni se poate vorbi de un "potențial membranar".

Un potențial de membrană apare atunci când există o inegalitate de concentrație ionică pe ambele părți ale membranei. Deoarece interiorul celulei are cantitati mari de potasiu si exteriorul este bogat in sodiu, acest potential exista.

Potențialul membranei poate fi distins când celula este în repaus (nu există evenimente active sau post-sinaptice), precum și potențialul de acțiune.

Atunci când celula este în repaus, se stabilește un potențial de -90 mV și această valoare este menținută în principal de pompa de sodiu de potasiu. În majoritatea celulelor studiate, potențialul de repaus se situează în intervalul între -20 mV și -100 mV.

Impulsuri nervoase

Impulsul nervos conduce la deschiderea canalelor de sodiu, creează un dezechilibru în membrană și se spune că este "depolarizat". Deoarece are o încărcătură pozitivă, o inversare a sarcinii are loc pe partea interioară a membranei.

Când se termină impunerea, apare deschiderea canalelor de potasiu pentru a umple sarcinile din interiorul celulei. În acest moment, pompa de potasiu de sodiu menține concentrația ionilor menționați constantă.

inhibitori

Pompa de sodiu de potasiu poate fi inhibată de ouabină glucozidă cardiacă. Când acest compus ajunge la suprafața celulei, acesta concurează pentru situsurile de legare ale ionilor. Este, de asemenea, inhibată de alte glicozide, cum ar fi digoxina.

referințe

  1. Curtis, H., și Schnek, A. (2006). Invitație la biologie. Ed. Panamericana Medical.
  2. Hill, R.W., Wyse, G.A., Anderson, M., & Anderson, M. (2004). Fiziologia animalelor. Sinauer Associates.
  3. Randall, D., Burggren, W. W., Burggren, W., France, K., & Eckert, R. (2002). Eqert fiziologia animalelor. Macmillan.
  4. Skou, J.C., & Esmann, M. (1992). Na, k-atpase. Revista bioenergetică și biomemembre, 24(3), 249-261.
  5. Uribe, R.R., & Bestene, J.A. Toxicologie.Practici și proceduri. Instrucțiuni privind practicile clinice. Vol. 2, volumul IV. Pontificia Universidad Javeriana.