Bomba sodio-potasio

la bomba sodio-potasio es una proteína integral de membrana fundamental en

la fisiología de las células que se encuentra en todas nuestras membranas

celulares. Su función es el transportede los iones inorgánicos más importantes

en biología (el sodio y el potasio) entre el medio extracelular y el citoplasma,

proceso fundamental en todo el reino animal

Funcionamiento y estructura

[editar]Estructura proteica

La bomba sodio potasio ATP(adenin-tri-fosfato) es una proteína transmembrana que actúa como un transportador de intercambio antiporte (transferencia simultánea de dos solutos en diferentes direcciones) que hidroliza ATP (función ATPasa). Es una ATPasa de transporte tipo P, es decir, sufre fosforilaciones reversibles durante el proceso de transporte. Está formada por dos subunidades, alfa y beta, que forman un tetrámero integrado en la membrana. La subunidad alfa está compuesta por ocho segmentos transmembrana y en ella se encuentra el centro de unión del ATP que se localiza en el lado citosólico de la membrana (Tiene un peso molecular de aproximadamente 100.000 daltons). También posee dos centros de unión al potasio extracelulares y tres centros de unión al sodio intracelulares que se encuentran accesibles para los iones en función de si la proteína está fosforilada. La subunidad beta contiene una sola región helicoidal transmembrana y no parece ser esencial para el transporte ni para la actividad, aunque podría realizar la función de anclar el complejo proteico a la membrana lipídica.

[editar]Funcionamiento[cita requerida]

El funcionamiento de la bomba electrogénica de Na+/ K+(sodio-potasio) , se debe a un cambio de conformación en la proteína que se produce cuando es fosforilada por el ATP. Como el resultado de la catálisis es el movimiento transmembrana de cationes, y se consume energía en forma de ATP, su función se denomina transporte activo. La demanda energética es cubierta por la molécula de ATP, que al ser hidrolizada, separa un grupo fosfato, generando ADP y liberando la energía necesaria para la actividad enzimática. En las mitocondrias, el ADP es fosforilado durante el proceso de respiración generándose un reservorio continuo de ATP para los procesos celulares que requieren energía. En este caso, la energía liberada induce un cambio en la conformación de la proteína una vez unidos los tres cationes de sodio a sus lugares de unión intracelular, lo que conlleva su expulsión al exterior de la célula. Esto hace posible la unión de dos iones de potasio en la cara extracelular que provoca la desfosforilación de la ATP, y la posterior traslocación para recuperar su estado inicial liberando los dos iones de potasio en el medio intracelular.

Los procesos que tienen lugar en el transporte son:

1. Unión de tres Na+ a sus sitios activos.2. Fosforilación de la cara citoplasmática de la bomba que induce a un cambio

de conformación en la proteína. Esta fosforilación se produce por la transferencia del grupo terminal del ATP a un residuo de ácido aspártico de la proteína.

3. El cambio de conformación hace que el Na+ sea liberado al exterior.4. Una vez liberado el Na+, se unen dos iones de K+ a sus respectivos sitios de

unión de la cara extracelular de las proteínas.5. La proteína se desfosforila produciéndose un cambio conformacional de

ésta, lo que produce una transferencia de los iones de K+ al citosol.[editar]Funciones

La bomba de sodio-potasio es crucial e imprescindible para que exista la vida animal ya que tiene las funciones expuestas a continuación. Por ello se encuentra en todas las membranas celulares de los animales, en mayor medida en células excitables como las células nerviosas y células musculares donde la bomba puede llegar a acaparar los dos tercios del total de la energía en forma de ATP de la célula.

[editar]Mantenimiento de la osmolaridad y del volumen celular

La bomba de Na+/K+ juega un papel muy importante en el mantenimiento del volumen celular. Entre el interior y el exterior de la célula existen diferentes niveles de concentración de solutos. Como quiera que la bomba extrae de la célula más moléculas de las que introduce tiende a igualar las concentraciones y, consecuentemente, la presión osmótica. Sin la existencia de la bomba, dado que los solutos orgánicos intracelulares, a pesar de contribuir en sí mismos poco a la presión osmótica total, tienen una gran cantidad de solutos inorgánicos asociados, la concentración intracelular de estos (que generalmente son iones) es mayor que la extracelular. Por ello, se produciría un proceso osmótico, consistente en el paso de agua a través de lamembrana plasmática hacia el interior de la célula, que aumentaría de volumen y diluiría sus componentes. Las consecuencias serían catastróficas ya que la célula podría llegar a reventar (proceso conocido como lisis).

[editar]Absorción y reabsorción de moléculas

El gradiente producido por el Na+ impulsa el transporte acoplado (activo secundario) de diferentes moléculas al interior de la célula. Lo que quiere decir que el fuerte gradiente que impulsa alsodio a entrar en la célula (véase más adelante) es aprovechado por proteínas especiales de membrana para "arrastrar" otros solutos de interés utilizando la energía que se libera cuando el sodio se introduce en la célula. Ejemplos de este proceso son la absorción de nutrientes en las células de la mucosa intestinal y la reabsorción de solutos en el túbulo renal.

[editar]Potencial eléctrico de membrana

Esta bomba es una proteína electrogénica ya que bombea tres iones cargados positivamente hacia el exterior de la célula e introduce dos iones positivos en el interior celular. Esto supone el establecimiento de una corriente eléctrica neta a

través de la membrana celular, lo que contribuye a generar un potencial eléctrico entre el interior y el exterior de la célula ya que el exterior de la célula está cargado positivamente con respecto al interior de la célula. Este efecto electrogénico directo en la célula es mínimo ya que sólo contribuye a un 10% del total del potencial eléctrico de la membrana celular. No obstante, casi todo el resto del potencial deriva indirectamente de la acción de la bomba de sodio y potasio, y se debe en su mayor parte al potencial de reposo para el potasio.

Véase también: Potencial de membrana.

[editar]Mantenimiento de los gradientes de sodio y potasio

[editar]Impulsos nerviosos

La concentración intracelular de sodio es alrededor de 5 mM mientras que la extracelular es mucho mayor (145 mM). Sin embargo, las concentraciones intra y extracelulares de potasio son 140 mM y 5 mM respectivamente. Esto nos indica que hay un fuerte gradiente electroquímico que impulsa a las dos sustancias a moverse: el sodio hacia adentro y el potasio hacia afuera de la célula. Como la membrana es impermeable a estos solutos, controlando la entrada y salida de estas sustancias (principalmente), la célula genera cambios de concentración de iones a ambos lados de la membrana, y como los iones tienen carga eléctrica, también se modifica el potencial a su través. Combinando estos dos factores, las células de un organismo son capaces de transmitirse señales eléctricas (véase: potencial de acción) y comunicarse entre ellas, paso fundamental para la evolución del reino animal.

La bomba de Na+/K+ contribuye a equilibrar el potencial de membrana y mantener el potencial de reposo (es decir, las concentraciones constantes a ambos lados) cuando el impulso nervioso ya se ha transmitido. Este impulso nervioso hace que los canales de Na+ se abran generando un desequilibrio en la membrana y despolarizándola, debido a la entrada de sodio a favor de gradiente, que al ser un catión revierte localmente el estado de electronegatividad del lado interno de la membrana. Cuando el impulso ha pasado los canales de Na+ se cierran y se abren los de K+, que implica la salida de potasio de la célula restaurando la electronegatividad intracelular. Para que el potencial de membrana sea normal la bomba de Na+/K+ funciona manteniendo las concentraciones de los iones constantes (expulsando el sodio que entra e introduciendo el potasio que sale).

[editar]Transducción de señales

Recientemente se ha descubierto que, independientemente de su función de transporte iónico, la bomba tiene una función como receptor de señales. Así, se ha descrito en miocitos de rata en cultivo una modificación en el ritmo de crecimiento tanto celular como mitótico cuando se añaden al medio análogos de ouabaína que actúan sobre la proteína. Este cambio no se debe a la modificación de las concentraciones iónicas sino a proteínas, señal que actúa en la cascada de las MAP kinasas

Aca te va el dato con un ejemplo de lo q hace la bomba Na/K:En todas las células, el interior de la membrana se encuentra cargado negativamente respecto del exterior. Esto genera una diferencia de potencial eléctrico originada por una desigualdad en la concentración de iones entre el lado interno y externo de la membrana plasmática.En la membrana plasmática de las células animales y especialmente en las células nerviosas, existen proteínas denominadas bombas de sodio-potasio. Estas proteínas bombeadoras, utilizando como fuente de energía ATP, transportan iones potasio al interior de la célula e iones sodio al exteriorLa diferencia de potencial se genera porque la membrana plasmática es mucho más permeable al ion potasio (K+)que al ion sodio (Na+). Los iones potasio difunden mucho más rápidamente hacia el exterior que lo que ingresan los iones sodio. Este sistema permite mantener altas concentraciones de potasio y bajas concentraciones de sodio en el interior de la célula y viceversa. La concentracion del ion de potasio en el interior de la célula es 20 veces más alta que en el exterior.Este potencial de reposo es el normal en la membrana plasmática de todas las células animales, pero en algunas células como las nerviosas, musculares y sensoriales el potencial puede variar cuándo la célula es excitada por un estímuloLos cambios momentáneos en la permeabilidad de la membrana neuronal invierten el flujo de los iones de potasio y sodio, provocando la salida de K+ y la entrada de Na+ en la célula, y como consecuencia la despolarización de la membrana y la transmición del impulso nervioso.El potencial de la membrana se modifica sólo momentaneamente cuando la célula es estimulada, los flujos iónicos cambian y el impulso nervioso se propaga. Posteriormente , la membrana vuelve a su estado de reposo

Bomba de Sodio-Potasio

Bomba de Sodio-Potasio

La bomba sodio-potasio consta de dos proteínas globulares distintas: una de mayor tamaño denominada subunidad alfa, que tiene un peso molecular de aproximadamente 100.000, y una más pequeña denominada subunidad beta, que tiene un peso molecular de aproximadamente 55.000. Esta última no tiene función conocida salvo que podría anclar el complejo proteico a la membrana lipídica, y la de mayor tamaño tiene tres características específicas que son importantes para el funcionamiento de la bomba:

1.      Tiene tres puntos receptores para la unión de iones sodio en la porcíon de la proteína que protruye hacia el interior de la célula.

2.      Tiene dos puntos receptores para iones potasio en el exterior.3.      La porción interior de esta proteína cerca de los puntos de unión al

sodio tiene actividad ATPasa.

El funcionamiento de la bomba es el siguiente: cuando dos iones potasio se unen al exterior de la proteína transportadora y tres iones sodio se unen al interior se activa la función ATPasa de la proteína la cual escinde una molécula de ATP, dividiéndola en ADP y liberando un enlace de energía de fosfato de alta energía. Se cree que esta energía liberada produce un cambio químico y conformacional en la molécula transportadora proteica, transportando los tres iones sodio hacia el exterior y los dos iones potasio hacia el interior. http://www.youtube.com/watch?v=XB3pKgs0ltA&feature=player_embedded

La bomba sodio-potasio ATPasa puede funcionar además a la inversa. Si se aumentan experimentalmente los gradientes electroquímicos de sodio y de potasio lo suficiente como para que la energía que se almacena en sus gradientes sea mayor que la energía química de la hidrólisis del ATP, estos iones se desplazarán según sus gradientes de concentración y la bomba sodio-potasio sintetizará ATP a partid de ADP y fosfato. Por tanto, la forma fosforilada de la bomba sodio-potasio puede donar su fosfato al ADP para producir ATP o puede utilizar la energía para modificar su conformación y bombear sodio fuera de la célula y potasio hacia el interior de la célula. Por tanto, las concentraciones relativas de ATP, ADP y fosfato, así como los gradientes electroquímicos de sodio y potasio, determinan la dirección de la reacción enzimática. En algunas células como las células nerviosas eléctricamente activas, del 60% al 70% de las necesidades de energía de las células puede estar dedicada a bombear sodio fuera de la célula y potasio hacia el interior de la célula.

Una de las funciones más importantes de la bomba sodio-potasio es controlar el volumen de todas las células. Sin la función de esta bomba la mayor parte de las células del cuerpo se hincharía hasta explotar. El mecanismo para controlar el volumen es el siguiente: en el interior de

la célula hay grandes cantidades de proteínas y de otras moléculas orgánicas que no pueden escapar de la célula. La mayor parte de ellas tiene carga negativa y, por tanto, atrae grandes cantidades de potasio, sodio y también de otros iones positivos. 

Todas estas moléculas e iones producen ósmosis de agua hacia el interior de la célula. Salvo que este proceso se detenga, la célula se hinchará indefinidamente hasta que explote. El mecanismo normal para impedirlo es la bomba sodio-potasio. Obsérvese de nuevo que este dispositivo bombea tres iones sodio hacia el exterior de la célula por cada dos iones potasio que bombea hacia el interior. Además, la membrana es mucho menos permeable a los iones sodio que a los iones potasio, de modo que una vez que los iones sodio están en el exterior tienen una intensa tendencia a permanecer ahí. Así, esto representa una pérdida neta de iones hacia el exterior de la célula, lo que inicia también la ósmosis de agua hacia el exterior de la célula.

Si una célula comienza a hincharse por cualquier motivo, esto automáticamente activa la bomba sodio-potasio, moviendo aún más iones hacia el exterior y transportando agua con ellos. Por tanto, la bomba sodio-potasio realiza una función continua de vigilancia para mantener el volumen celular normal.

El hecho de que la bomba sodio-potasio desplace tres iones sodio hacia el exterior por cada dos iones potasio que desplaza hacia el interior significa que se desplaza una carga positiva neta desde el interior de la célula hasta el exterior en cada ciclo de bombeo. Esto genera positividad en el exterior de la célula, aunque deja un déficit de iones positivos en el interior de la célula; es decir, produce negatividad en el interior. Por tanto, se dice que la bomba sodio-potasio es electrógena porque genera un potencial eléctrico a través de la membrana celular. Ese potencial eléctrico es requisito básico en las fibras nerviosas y musculares para transmitir señales nerviosas y musculares.

Como se ha dicho antes, la bomba sodio-potasio contribuye en gran medida al potencial de reposo. Hay un bombeo contínuo de tres iones sodio hacia el exterior por cada dos iones potasio que se bombean hacia el interior de la membrana. El hecho de que bombeen más iones sodio hacia el exterior que iones potasio hacia el interior da lugar a una pérdida continua de cargas positivas desde el interior de la membrana; esto genera un grado adicional de negatividad (aproximadamente -4mV) en el interior.

La administración de fármacos digitálicos inhibe esta bomba de sodio-potasio ATPasa, muy empleados en el tratamiento de la nsuficiencia cardíaca