O transporte ativo é o processo necessário para bombear moléculas de contra-gradiente, tanto elétricas quanto de concentração.
Ser capaz de deslocar íons de sódio e potássio desta forma existe a bomba de sódio-potássio, uma estrutura transmembrana presente nas células. Ele está envolvido em várias funções fundamentais da vida e seu mecanismo de ação é bastante interessante. Vamos ver abaixo.
O que é a bomba de sódio-potássio?
A bomba de sódio-potássio é uma estrutura de proteína encontrada em muitas membranas celulares. Como o nome sugere, sua função principal é mover íons de sódio e potássio através da membrana.
Esse processo ocorre na forma de transporte ativo, contra a corrente do gradiente de concentração. Dentro da célula, o sódio (Na +) é menos concentrado (12 mEq / L) do que fora (142 mEq / L), embora seja o oposto do potássio (K +), tendo uma concentração menor fora (4 mEq / L) do que dentro (140 mEq / L).
Para isso, a bomba utiliza a energia resultante da hidrólise do ATP e, portanto, é considerada uma enzima do tipo Na + / K + ATPase. Ao gastar essa energia, a célula expele sódio enquanto introduz potássio.
esta bomba pertence à classe das bombas de íons de classe P, pois movem os íons. Esses tipos de bombas são compostos de pelo menos uma subunidade catalítica alfa transmembrana, uma estrutura que tem um local onde uma molécula de ATP e uma subunidade beta menor podem se ligar.
Foi descoberto em 1957 por Jens Skou (1918-2018), um químico dinamarquês e professor universitário que ganhou o Prêmio Nobel de Química por esta descoberta.
Como está sua estrutura?
Como dissemos, na bomba de sódio-potássio há uma estrutura de funcionamento enzimático. Sua estrutura consiste em duas subunidades de proteínas do tipo alfa (α) e dois tipos beta (β). Assim, esta bomba é um tetrâmero (α2β2), as proteínas integrais atravessam a bicamada lipídica, ou seja, a membrana das células assim como certas organelas.
Ambos os tipos de subunidades têm variações e até agora 3 isoformas podem ser encontradas para a subunidade alfa (α1, α2 e α3) e três para a beta (β1, β2 e β3). O Α1 é encontrado nas membranas da maioria das células, enquanto a isoforma α2 é característica das células musculares, coração, tecido adiposo e cérebro. A isoforma α3 é encontrada no coração e no cérebro.
Quanto às subunidades beta, sua distribuição é um pouco mais difusa. O Β1 pode ser encontrado em vários locais, estando ausente nas células vestibulares do ouvido interno e nas células musculares glicolíticas de resposta rápida, sendo essa ausência ocupada pela isoforma β2.
1. Subunidades alfa
As subunidades alfa são estruturas que contêm os locais de ligação para a molécula de ATP e os íons Na + e K +.. Essas subunidades representam o componente catalítico da enzima, desempenhando a função da própria bomba.
Estruturalmente, as subunidades alfa são constituídas por grandes polipeptídeos, com peso molecular de 120 kDa (quilodaltons). Em seu lado intracelular (dentro da célula), eles têm sítios de ligação para a molécula de ATP e Na +, enquanto o sítio de ligação de K + está no lado extracelular (fora da célula).
2. Subunidades beta
As subunidades beta não parecem estar diretamente envolvidas na função de bombeamento, mas foi demonstrado que, em sua ausência, a bomba de sódio-potássio não desempenha sua função principal.
Essas subunidades têm um peso molecular de 55 kDa cada, e eles são constituídos por glicoproteínas com um único domínio transmembranar. Os resíduos de carboidratos que podem ser encontrados nessas subunidades são inseridos na região externa da célula.
Função de bomba de sódio-potássio
A célula pode ser comparada a um balão cheio de água doce lançado ao mar. Sua camada é quase impermeável e o ambiente interno possui propriedades químicas muito diferentes do ambiente externo.. A célula tem concentrações variáveis de substâncias diferentes em comparação com o ambiente circundante, com diferenças significativas com o sódio e o potássio.
Isso está ligado à principal função da bomba sódio-potássio, que é manter a homeostase do meio intracelular, por meio do controle das concentrações desses dois íons. Para atingir esse objetivo, execute os processos-chave:
1. Transporte iônico
Ele introduz íons K + e expulsa íons Na +. A tendência natural, ou seja, sem a intervenção da bomba, é que o sódio entre e que o potássio saia, já que estão respectivamente menos e mais concentrados dentro da célula.
Na + é mais concentrado fora da célula (142 mEq / L) do que dentro (12 mEq / L), enquanto com K + o inverso é verdadeiro, há menos concentração no exterior (4 mEq / L) e no interior (140 mEq / L)
2. Controle de volume da célula
Conforme os íons saem e entram, o volume da célula também é controlado, controlando a quantidade de fluido dentro da própria célula.
3. Geração de potencial de membrana
A bomba de sódio-potássio está envolvida na geração do potencial de membrana. Isso se deve ao fato de que, ao expulsar 3 íons de sódio para cada dois íons de potássio que introduz, a membrana celular permanece carregada negativamente em sua face interna.
Isso gera diferenças de carga entre o interior e o exterior da célula, uma diferença conhecida como potencial quiescente.
Os íons têm uma carga positiva, por isso não deve ser possível colocá-los e retirá-los da maneira que fazem. No entanto, a existência de canais iônicos na membrana permite seletivamente o fluxo de contra-gradiente eletroquímico quando necessário.
Mecanismo de ação
Como dissemos, a bomba de sódio-potássio tem função enzimática e por isso também é chamada de ATPase Na + / K +. O mecanismo de ação dessa estrutura transmembrana consiste em um ciclo catalítico no qual um grupo fosforila é transferido..
Para que a reação aconteça, é necessária a presença de uma molécula de ATP e um íon Na + dentro da célula e um K + fora. Os íons Na + se ligam ao transportador da enzima, que possui três sítios de ligação citosólica para esse íon. Este estado é chamado de E1 e então alcançado, o ATP é fixado no lugar da molécula, Hidrólise e transferência de um grupo fosfato para uma molécula de aspartato 376, um processo a partir do qual um acilfosfato é obtido. Isso induz a transição para o próximo estado, E2. Em seguida, ocorre a expulsão de três íons de sódio e a introdução de dois íons de potássio.
Importância da bomba de sódio-potássio
Com base no que explicamos, a bomba de sódio-potássio adquire grande importância, pois evita que a célula introduza muitos íons Na + em seu interior. Essa maior quantidade de sódio no interior da célula é condicionada por um maior influxo de água e, consequentemente, um aumento do volume da célula. Se você seguisse essa tendência, e tomando o caso anterior do balão como exemplo, a célula explodiria como se fosse uma. É graças à ação da bomba que a célula é impedida de entrar em colapso.
Além disso, a bomba contribui para a formação do potencial de membrana. A introdução de dois íons K + para três íons Na + expelidos decompõe as cargas elétricas internas, Promover a produção do potencial de membrana característico das células. Essa importância é ainda maior se levarmos em consideração as células nervosas, cujo potencial de ação é caracterizado pelo processo reverso, ou seja, a entrada do sódio e a saída do potássio.
função renal
Outro aspecto interessante das bombas de sódio-potássio é que eles estão envolvidos na função renal e, de fato, sem eles não seria possível. Os rins filtram 180 litros de plasma todos os dias, o que contém substâncias que devem ser excretadas, enquanto outras devem ser reabsorvidas para que não sejam perdidas na urina. A reabsorção de sódio, água e outras substâncias depende diretamente das bombas de sódio-potássio, que se encontram nos segmentos tubulares dos néfrons renais.
referências bibliográficas:
- Guyton AC, Hall JE: Transporte de substâncias através da membrana celular, em: Textbook of Medical Physiology, 13ª ed., AC Guyton, JE Hall (eds). Philadelphia, Elsevier Inc., 2016.
- Nelson, DL, Lehninger, AL e Cox, MM (2008). Princípios bioquímicos de Lehninger. Macmillan.
- Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M., … e Walter, P. (2013). Biologia celular essencial. Ciência de Garland.
