Bomba de Sodio/Potasio
La bomba de Sodio-Potasio, también conocida como Na/K ATPasa o simplemente bomba de sodio, es una proteína de membrana que se encarga de transportar iones de Sodio (Na+) y de Potasio (K+) a través de la membrana celular, usando la energía del ATP. Por cada molécula de ATP usado, esta bomba transporta tres iones de Sodio al exterior de la célula e introduce dos iones de Potasio al citoplasma a una velocidad de 10 mil veces por minuto.
La bomba de Sodio-Potasio transporta de manera activa los iones a través de la membrana celular para establecer y mantener las diferentes concentraciones de estos iones en ambos lados de la membrana, y que además están en contra de su gradiente de concentración. Esta función es esencial para casi todos los procesos fisiológicos de los mamíferos. Por ejemplo, en el riñón controla el balance de Na/K del cuerpo, el volumen extracelular y la presión sanguínea, mientras que en el corazón controla la contracción cardiaca y el balance de Calcio.
La bomba de Sodio/Potasio es una proteína de membrana formada por tres subunidades denominadas alfa (α), beta (β) y FXYD. La subunidad α tiene diez segmentos transmembranales y es la encargada de hidrolizar ATP y permitir el transporte de iones. La subunidad β está glicosilada, tiene sólo una hélice transmembranal y su función es estabilizar la estructura de la bomba. La cadena FXYD tiene una hélice transmembranal y su función es reguladora.
Existen cuatro isoformas de la subunidad α y tres isoformas de la subunidad β y se expresan de manera diferencial en los tejidos animales, por ejemplo, la isoforma α-2 es la que se expresa en el corazón, mientras que la α-1 se expresa en todos los tejidos.
El transporte de los iones ocurre de la siguiente manera: Primero se unen los tres iones de Sodio (Na+) presentes en el interior de la célula. En segundo lugar, se lleva a cabo la fosforilación de la subunidad alfa ubicada en la cara citoplasmática de la membrana celular. Esta fosforilación se produce mediante la transferencia del grupo fosfato del ATP a un aminoácido de ácido aspártico del transportador. Este cambio conformacional permite que el Sodio sea transportado al exterior de la célula. Posteriormente, una vez que fueron liberados los iones de Sodio, se unen los dos iones de Potasio (K+) en la cara extracelular del transportador, y la desfosforilación de la proteína regresa a su estado conformacional inicial que favorece la liberación de los iones de Potasio en el interior de la célula.
Otro proceso importante en el que participa esta bomba es el la absorción de nutrientes favorecido por el gradiente de concentración generado para el Sodio. Es decir, al existir una mayor concentración de Sodio en el lado extracelular, éste "querrá entrar", y esa fuerza es utilizada para "arrastrar" consigo a solutos de interés para la célula, como por ejemplo glucosa.
El flujo de iones a través de la membrana permite la generación de una corriente eléctrica, por lo que la bomba de Sodio/Potasio también participa en el potencial de membrana. Esta bomba contribuye a equilibrar el potencial de membrana y mantener el potencial de reposo una vez que el impulso nervioso entre neuronas se ha transmitido. Durante la transmisión del impulso nervioso se abren canales que permiten el paso de Sodio (con carga positiva), dejándolo entrar para revertir el estado de electro-negatividad de la membrana (recordemos que en interior de la membrana es esencialmente negativo debido a los fosfolípidos que contiene). Una vez que el impulso ha pasado, se cierran los canales de Sodio y se abren los de Potasio (con carga positiva), permitiendo que salgan cargas negativas para restaurar el potencial de la membrana. Pero ahora se deben intercambiar los iones, salir el Sodio y entrar el Potasio para que todo esté como en un principio, y para ello es necesaria la bomba de Sodio/Potasio.
BIBLIOGRAFIA
Oot, R. A., Huang, L. S., Berry, E. A., & Wilkens, S. (2012). Crystal structure of the yeast vacuolar ATPase heterotrimeric EGC head peripheral stalk complex. Structure, 20(11), 1881-1892.
Morth, J. P., Pedersen, B. P., Toustrup-Jensen, M. S., Sørensen, T. L. M., Petersen, J., Andersen, J. P., ... & Nissen, P. (2007). Crystal structure of the sodium–potassium pump. Nature, 450(7172), 1043.
Nyblom, M., Poulsen, H., Gourdon, P., Reinhard, L., Andersson, M., Lindahl, E., ... & Nissen, P. (2013). Crystal structure of Na+, K+-ATPase in the Na+-bound state. Science, 342(6154), 123-127.
Department of Molecular Biology and Genetics
http://mbg.au.dk/en/news-and-events/news-item/artikel/crucial-new-insight-into-the-secrets-of-nobel-prize-winning-pump/
La bomba de Sodio-Potasio transporta de manera activa los iones a través de la membrana celular para establecer y mantener las diferentes concentraciones de estos iones en ambos lados de la membrana, y que además están en contra de su gradiente de concentración. Esta función es esencial para casi todos los procesos fisiológicos de los mamíferos. Por ejemplo, en el riñón controla el balance de Na/K del cuerpo, el volumen extracelular y la presión sanguínea, mientras que en el corazón controla la contracción cardiaca y el balance de Calcio.
Estructura de la Bomba de Sodio-Potasio
Esta bomba pertenece a una familia de proteínas llamada ATPasas tipo P que se encargan de bombear cationes a través de la membrana celular usando la energía del ATP. Otras bombas de la familia de ATPasas tipo P son la Ca-ATPasa (bomba de calcio), la H/K ATPasa (bomba de Potasio), la H-ATPasa (bomba de protones) y las bombas de metales pesados.La bomba de Sodio/Potasio es una proteína de membrana formada por tres subunidades denominadas alfa (α), beta (β) y FXYD. La subunidad α tiene diez segmentos transmembranales y es la encargada de hidrolizar ATP y permitir el transporte de iones. La subunidad β está glicosilada, tiene sólo una hélice transmembranal y su función es estabilizar la estructura de la bomba. La cadena FXYD tiene una hélice transmembranal y su función es reguladora.
Existen cuatro isoformas de la subunidad α y tres isoformas de la subunidad β y se expresan de manera diferencial en los tejidos animales, por ejemplo, la isoforma α-2 es la que se expresa en el corazón, mientras que la α-1 se expresa en todos los tejidos.
Funcionamiento de la Bomba de Sodio-Potasio
Las ATPasas de tipo P se denominan así porque requieren de la fosforilación (incorporación de un grupo fosfato, P, del inglés Phosphate). Esta fosforilación es reversible y es necesaria para la función ya que la fuerte carga negativa del grupo fosfato induce un cambio conformacional en la estructura de la proteína.El transporte de los iones ocurre de la siguiente manera: Primero se unen los tres iones de Sodio (Na+) presentes en el interior de la célula. En segundo lugar, se lleva a cabo la fosforilación de la subunidad alfa ubicada en la cara citoplasmática de la membrana celular. Esta fosforilación se produce mediante la transferencia del grupo fosfato del ATP a un aminoácido de ácido aspártico del transportador. Este cambio conformacional permite que el Sodio sea transportado al exterior de la célula. Posteriormente, una vez que fueron liberados los iones de Sodio, se unen los dos iones de Potasio (K+) en la cara extracelular del transportador, y la desfosforilación de la proteína regresa a su estado conformacional inicial que favorece la liberación de los iones de Potasio en el interior de la célula.
Participación fisiológica de la bomba de Sodio/Potasio
La bomba de Sodio/Potasio es muy importante para los seres vivos ya que ayuda a mantener la presión osmótica de la célula evitando que la célula se rompa por lisis. Como sabemos, la concentración de solutos induce el movimiento de agua a través de la membrana, de tal forma que si hay más concentración de solutos en el interior de la célula, el agua se moverá por ósmosis al interior con el riesgo potencial de hincharla y reventarla. Al sacar más iones de los que ingresa, esta bomba evita la entrada de agua.Otro proceso importante en el que participa esta bomba es el la absorción de nutrientes favorecido por el gradiente de concentración generado para el Sodio. Es decir, al existir una mayor concentración de Sodio en el lado extracelular, éste "querrá entrar", y esa fuerza es utilizada para "arrastrar" consigo a solutos de interés para la célula, como por ejemplo glucosa.
El flujo de iones a través de la membrana permite la generación de una corriente eléctrica, por lo que la bomba de Sodio/Potasio también participa en el potencial de membrana. Esta bomba contribuye a equilibrar el potencial de membrana y mantener el potencial de reposo una vez que el impulso nervioso entre neuronas se ha transmitido. Durante la transmisión del impulso nervioso se abren canales que permiten el paso de Sodio (con carga positiva), dejándolo entrar para revertir el estado de electro-negatividad de la membrana (recordemos que en interior de la membrana es esencialmente negativo debido a los fosfolípidos que contiene). Una vez que el impulso ha pasado, se cierran los canales de Sodio y se abren los de Potasio (con carga positiva), permitiendo que salgan cargas negativas para restaurar el potencial de la membrana. Pero ahora se deben intercambiar los iones, salir el Sodio y entrar el Potasio para que todo esté como en un principio, y para ello es necesaria la bomba de Sodio/Potasio.
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BIBLIOGRAFIA
Oot, R. A., Huang, L. S., Berry, E. A., & Wilkens, S. (2012). Crystal structure of the yeast vacuolar ATPase heterotrimeric EGC head peripheral stalk complex. Structure, 20(11), 1881-1892.
Morth, J. P., Pedersen, B. P., Toustrup-Jensen, M. S., Sørensen, T. L. M., Petersen, J., Andersen, J. P., ... & Nissen, P. (2007). Crystal structure of the sodium–potassium pump. Nature, 450(7172), 1043.
Nyblom, M., Poulsen, H., Gourdon, P., Reinhard, L., Andersson, M., Lindahl, E., ... & Nissen, P. (2013). Crystal structure of Na+, K+-ATPase in the Na+-bound state. Science, 342(6154), 123-127.
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