Estrutura da bomba de sódio de potássio, função, mecanismo, importância

O Bomba de sódio de potássio É uma estrutura proteica incluída em um conjunto mais amplo de moléculas presentes em muitas membranas celulares e que são responsáveis ​​pelo transporte ativo de íons ou outras pequenas moléculas contra seus gradientes de concentração. Eles usam a energia liberada pela Hidrólise ATP e é por isso que são genericamente chamados de Atasas.

A bomba de sódio do potássio é um ATPAY Na+/K+porque libera a energia contida na molécula ATP para mover o sódio dentro da célula, introduzindo, ao mesmo tempo, potássio.

Esquema de bomba de sódio de potássio. Exterior e interior da célula. (Fonte: Miguelferig, via Wikimedia Commons)

Dentro da célula, o sódio é menos concentrado (12 meq/l) do que fora (142 mEq/L), enquanto o potássio está mais concentrado fora (4 mEq/L) do que dentro (140 mEq/L).

As bombas de Atasas são classificadas em três grandes grupos:

• Bombas iônicas do tipo F e V: São estruturas bastante complexas, podem ser compostas por 3 tipos diferentes de subunidades de transmarket e até 5 polipeptídeos associados em citosol. Eles funcionam como transportadores de prótons.
• Superfamília ABC (de Inglês PARATp-BINDING CAssets = Cassete de união ATP): integrado por mais de 100 proteínas que podem funcionar como transportadores de íons, monossacarídeos, polissacarídeos, polipeptídeos e até outras proteínas.
  
• Bombas iônicas da classe P: formado por pelo menos uma subunidade catalítica alfa transmembranal que possui um local de sindicato para o ATP e uma subunidade β menor. Durante o processo de transporte, a subunidade α é fosforyila e, portanto, seu nome "P".

A bomba de potássio de sódio (Na+/K+ATPASA) pertence ao grupo de bombas iônicas da classe P e foi descoberta em 1957 por Jens Skou, um pesquisador dinamarquês, quando estudou o mecanismo de ação dos anestésicos nos nervos de um caranguejo (Carcinus maenas); Trabalho pelo qual o Prêmio Nobel em Química foi concedido em 1997.

Bomba de sódio de potássio. Nakpompe2.JPG: Phi-Gastrein no frio.Trabalho WikipediaDerivative: Sonia/CC BY-S (http: // criativeCommons.Org/licenças/BY-SA/3.0/)

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Estrutura da bomba de sódio de potássio

A bomba de sódio do potássio é uma enzima que, do ponto de vista de sua estrutura quaternária, é formada por 2 subunidades de proteína alfa (α) e dois tipos beta (β).

É, portanto, um tetrâmero do tipo α2β2, cujas subunidades são proteínas abrangentes da membrana, ou seja, eles cruzam a bicamada lipídica e têm domínios intra e citosólicos intra e extras.

Subunidades alfa e beta da bomba de potássio. Rob Cowie/CC BY-SA (http: // CreativeCommons.Org/licenças/BY-SA/3.0/)

Subunidades alfa

As subunidades α são aquelas que contêm os locais da união para o ATP e para os íons Na+ e K+ e representam o componente catalítico da enzima e aquele que exerce a função da própria bomba.

As subunidades α são polipeptídeos de tamanho grande, com um peso molecular de 120 kDa, 10 segmentos transmembranais e com as extremidades N e C-terminais localizadas no lado citosólico.

Eles têm nos locais de união lateral intracelular para o ATP e para o Na+, bem como um resíduo de aspartato na posição 376 que representa o local sofrido pelo processo de fosforilação durante a ativação da bomba.

O local de ligação para o K+ está aparentemente do lado extracelular.

Subunidades beta

As subunidades β não parecem ter uma participação direta na função de bombeamento, mas na sua ausência disse que a função não ocorre.

As subunidades β têm um peso molecular de cerca de 55 kDa cada e são glicoproteínas com um único domínio de transmarket cujo resíduo de gluco é inserido na região extracelular.

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Eles parecem ser necessários no retículo endoplasmático, onde contribuiriam para o dobramento adequado das subunidades α e, em seguida, no nível da membrana, para estabilizar o complexo.

Ambos os tipos de subunidades são heterogêneos e foram descritos até agora α1, α2 e α3 isoformas para Una e β1, β2 e β3 para o outro. O α1 é encontrado nas membranas da maioria das células, enquanto α2 está presente no músculo, coração, tecido adiposo e cérebro e α3 no coração e no cérebro.

A isoforma β1 é a distribuição mais difusa, embora esteja ausente em alguns tecidos, como células vestibulares do ouvido interno e a resposta rápida das células musculares glicolíticas. Este último contém apenas β2.

As diferentes estruturas das subunidades que compõem a bomba Na+/K+ nos diferentes tecidos podem obedecer às especializações de um tipo funcional, mas elucidado.

Função da bomba de potássio

Para qualquer tempo considerado, a membrana plasmática constitui um limite de separação entre o compartimento correspondente ao interior de uma célula e aquele que representa o líquido extracelular no qual é imerso.

Ambos os compartimentos têm uma composição que pode ser qualitativamente diferente, pois dentro das células existem substâncias que não estão fora delas e o fluido extracelular contém substâncias que não estão presentes intracelularmente.

Substâncias presentes em ambos os compartimentos podem ser encontradas em diferentes concentrações, e essas diferenças podem possuir um significado fisiológico. É o caso de muitos íons.

Manutenção da homeostase

A bomba Na+/K+ cumpre uma função fundamental na manutenção da homeostase intracelular controlando as concentrações de íons de sódio e potássio. Esta manutenção da homeostase alcança graças a:

• Transporte de íons: Introduz íons de sódio e expulsar íons de potássio, processo através dos quais também promove o movimento de outras moléculas através de outros transportadores que dependem da carga elétrica ou da concentração interna desses íons.
• Controle de volume de células: A introdução ou produção de íons também implica movimentos de água Dentre da célula, de modo que a bomba participa do controle de volume de células.
• Geração potencial de membrana: A expulsão de 3 íons de sódio para cada 2 íons de potássio que são introduzidos causa a membrana. Essa diferença é conhecida como potencial de descanso.

O Na+ possui uma concentração extracelular de cerca de 142 meq/L, enquanto sua concentração intracelular é de apenas 12 mEq/L; O K+, por outro lado, está mais concentrado dentro da célula (140 mEq/L) do que fora dela (4 mEq/L).

Embora a carga elétrica desses íons não permita sua passagem através da membrana, existem canais iônicos que o permitem (seletivamente), que favorecem o movimento se as forças que normalmente movem esses íons também estão presentes.

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Agora, essas diferenças de concentração têm grande importância no Conservação da homeostase do organismo e deve ser mantido em um tipo de equilíbrio que seria perdido.

Disseminação e potássio de sódio (fonte: Bruceblaus. Ao usar esta imagem em fontes externas, ela pode ser citada como: blausen.Com equipe (2014). "Galeria médica de Blausen Medical 2014". Wikijournal of Medicine 1 (2). Doi: 10.15347/WJM/2014.010. ISSN 2002-4436.Derivado por Mikael Häggström/CC por (https: // criativeCommons.Org/licenças/por/3.0) via Wikimedia Commons)

• A diferença de concentração para o Na+ entre o interior e fora da célula cria um gradiente químico que empurra o sódio para dentro e faz com que esse íon constantemente entra e tete para dissipar essa diferença, isto é, para corresponder às concentrações em ambos os lados.
• O gradiente de potássio é mantido na direção oposta, isto é, de dentro para fora, permitindo a saída constante do íon e sua redução interna e aumento externo.

A função da bomba Na+/K+ permite a extração do sódio que entrou pela difusão através de canais ou por outras rotas de transporte e a reintrodução do potássio que foi disseminada para fora, permitindo a conservação da intra e das concentrações extracelulares desses íons.

Mecanismo (processo)

O mecanismo de ação da ATPase Na+/K+ consiste em um ciclo catalítico que implica reações de transferência de um grupo fosforil (PI) e alterações conformacionais da enzima que passa de um estado E1 para um estado E2 e vice -versa.

A operação requer a presença de ATP e Na+ dentro da célula e K+ no fluido extracelular.

União de íons de sódio para o transportador

O ciclo começa no estado de conformação E1 da enzima, na qual existem 3 locais citosólicos de união de Na+ e alta afinidade (km de 0,6 mm) que estão totalmente ocupados porque a intra -concentração do íon (12 mm) permite.

Hidrólise ATP

Nesse estado (E1) e com o Na+ fixado em seus locais de união, o ATP é fixado em seu local no setor citosólico da molécula, um grupo de fosfato para o 376 aspartato é transferido e transferido, formando um acilfosfato de alta energia que induz Uma mudança conformacional no estado E2.

Expulsão de 3 íons de sódio e introdução de 2 íons de potássio

A mudança conformacional no estado E2 implica que os locais da união Na+ passam para o exterior, sua afinidade pelo íon diminui muito e é liberada no fluido extracelular, enquanto, ao mesmo tempo, a afinidade dos locais da união ao K+ aumenta E esses íons se ligam à bomba.

Durante o estado E2, os íons de Na+ são liberados do outro lado da membrana. Por sua vez, este novo estado da bomba gera afinidade pela união dos íons k+

Reversão de E2 para E1

Uma vez que o Na+ é liberado e o K+ se unirá, a hidrólise do fosfato do aspartido é produzida e a mudança conformacional do estado E2 para o estado E1 é revertida, com a reintrodução dos locais da união para o Na+ vazio e os de K+ ocupados.

Quando essa mudança ocorre, os sites para o Na+ recuperam sua afinidade e os de K+ perdem, com o qual o K+ é liberado dentro da célula.

Importância

Na manutenção da osmolaridade celular

A bomba Na+/K+ está presente na maioria, se não no total, células de mamíferos, nas quais é de importância geral, contribuindo para manter sua osmolaridade e, portanto, seu volume.

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A entrada contínua de íons de sódio na célula está condicionando um aumento no número intracelular de partículas osmoticamente ativas, o que induz a entrada de água e o aumento do volume que acabaria causando a ruptura da membrana e do colapso das células.

Na formação do potencial da membrana

Como essas bombas introduzem apenas 2 K+ a cada 3 Na+ que retiram, elas se comportam eletrogenicamente, o que significa que "descompensam" cargas elétricas internas, favorecendo a produção do potencial característico da membrana das células do corpo.

Sua importância também é evidente em relação às células que compõem os tecidos excitáveis, nos quais os potenciais de ação são caracterizados pela entrada do íon Na+, que despolariza a célula e a saída de K+, que a repolariza.

Esses movimentos iônicos são possíveis graças à operação de bombas Na+/K+, que contribuem para a produção de gradientes químicos que movem os íons envolvidos.

Sem essas bombas, que operam na direção oposta, os gradientes de concentração desses íons se dissipariam e a atividade excitatória desapareceria.

Na função renal

Outro aspecto que destaca a extrema importância das bombas de sódio-potássio é em relação à função renal, o que não seria impossível.

A função renal implica a filtração diária de mais ou menos 180 litros de plasma e grandes quantidades de substâncias, algumas das quais devem ser excretadas, mas muitos precisam ser reabsorvidos para que não sejam perdidos na urina.

A reabsorção de sódio, água e muitas das substâncias filtradas depende dessas bombas, localizadas na membrana basolateral das células que compõem os epitélios dos diferentes segmentos tubulares dos nefrons renais.

As células epiteliais que os túbulos renais têm uma face que está em contato com a luz do túbulo e que é chamada de face apical, e outra que está em contato com o interstício ao redor do túbulo e chamado basolateral.

A água e as substâncias que são reabsorvidas devem primeiro passar para o interior da célula através do apical e depois para o interstício pelo basolateral.

A reabsorção de Na+ é fundamental tanto em relação a ele quanto em relação à da água e a de outras substâncias que dependem de seu. A entrada apical de Na+ a célula exige que haja um gradiente que o mova e que implica uma concentração muito baixa do íon dentro da célula.

Essa baixa concentração intracelular de Na+ é produzida por bombas de sódio da membrana basolateral que trabalha intensamente para remover o íon das células para o interstício.

Referências

1. Ganong WF: A base geral e celular da fisiologia médica, em: Revisão da fisiologia médica, 25ª ed. Nova York, McGraw-Hill Education, 2016.
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4. Nelson, d. eu., Lehninger, a. eu., & Cox, M. M. (2008). Lehninger Principles of Biochemistry. Macmillan.
5. Alberts, b., Bray, d., Hopkin, k., Johnson, a. D., Lewis, J., Raff, m.,… & Walter, P. (2013). Biologia celular essencial. Garland Science.