Bomba sodio-potasi o Na + -K + -ATPasa. En bioquímica, la bomba sodio-potasioes una proteína integral de membranafundamental en la fisiologíade las célulasque se encuentra en todas nuestras membranas celulares. u funci!n es el transportede los ionesinorg"nicos m"s importantes en biología#el sodio $ el potasio% entre el medio e&tracelular $ el citoplasma, proceso fundamental en todo el reino animal. 'a bomba e&pulsa a la matri( e&tracelular ) ionessodio#Na + % a la *e( que ingresa iones potasio#K + % portransporte acti*o#gasto deAT P%, lo que mantiene el gradientedesolutos$ la polaridad eléctrica de la membrana #escaso sodio $ abundante potasio intracelulares%. Descubrimiento Esta proteínafue descubierta por el danés ens oude forma casual en /01, $ por ello recibi! el premio Nobelen //1.2esde entonces la in*estigaci!n 3a determinado muc3os de los aspectos tanto de la estructura $ funcionamiento de la proteína, como de su funci!n en la fisiología, de tremenda importancia en la medicina. Funcionamiento y estructura Estructura proteica 'a bomba sodio potasio es una proteína transmembrana que act4a como un transportador de intercambio antiporte #transferencia simult"nea de dos solutos en diferentes direcciones% que 3idroli(a ATP #funci!n AT Pasa%. Es una ATPasa de transporte tipo P, es decir, sufre fosforilaciones re*ersibles durante el proceso de transporte. Est" formada por dos subunidades, alfa $ beta, que forman un tetr"mero integrado en la membrana. 'a subunidad alfa est" compuesta por die( segmentos transmembrana $ en ella se encuentra el centro de uni!n del AT P que se locali(a en el lado citos!lico de la membrana #tiene un peso molecular de apro&imadamente 55.555 daltons%. Ta mbién posee dos centros de u ni!n al potasio e&tracelulares $ tres centros de uni!n al sodio intracelulares que se encuentran accesibles para los iones seg4n si la proteína est" fosforilada. 'a subunidad beta contiene una sola regi!n 3elicoidal transmembrana $ no parece ser esencial para el transporte ni para la acti*idad, aunque podría reali(ar la funci!n de anclar el comple6o proteico a la membrana lipídica. Funcionamiento El funcionamiento de la bomba electrogénica de Na + 7 K + #sodio-potasio% , se debe a un cambio de conformaci!n en la proteína que se produce cuando es fosforilada por el AT P. 8omo el resultado de la cat"lisises el mo*imiento transmembrana de cationes, $ se
En bioquímica, la bomba sodio-potasio es una proteína integral de membrana fundamentalen la fisiología de las células que se encuentra en todas nuestras membranas celulares. ufunci!n es el transporte de los iones inorg"nicos m"s importantes en biología #el sodio $ el
potasio% entre el medio e&tracelular $ el citoplasma, proceso fundamental en todo el reinoanimal. 'a bomba e&pulsa a la matri( e&tracelular ) iones sodio #Na+% a la *e( que ingresa iones potasio #K+% por transporte acti*o #gasto de ATP%, lo que mantieneel gradiente de solutos $ la polaridad eléctrica de la membrana #escaso sodio $ abundantepotasio intracelulares%.
Descubrimiento
Esta proteína fue descubierta por el danés ens ou de forma casual en /01, $ por ellorecibi! el premio Nobel en //1. 2esde entonces la in*estigaci!n 3a determinado muc3os delos aspectos tanto de la estructura $ funcionamiento de la proteína, como de su funci!n enla fisiología, de tremenda importancia en la medicina.
Funcionamiento y estructuraEstructura proteica
'a bomba sodio potasio es una proteína transmembrana que act4a como un transportador deintercambio antiporte #transferencia simult"nea de dos solutos en diferentes direcciones% que3idroli(a ATP #funci!n ATPasa%. Es una ATPasa de transporte tipo P, es decir, sufrefosforilaciones re*ersibles durante el proceso de transporte. Est" formada por dossubunidades, alfa $ beta, que forman un tetr"mero integrado en la membrana. 'a subunidadalfa est" compuesta por die( segmentos transmembrana $ en ella se encuentra el centro deuni!n del ATP que se locali(a en el lado citos!lico de la membrana #tiene un peso molecularde apro&imadamente 55.555 daltons%. También posee dos centros de uni!n al potasioe&tracelulares $ tres centros de uni!n al sodio intracelulares que se encuentran accesibles
para los iones seg4n si la proteína est" fosforilada. 'a subunidad beta contiene una solaregi!n 3elicoidal transmembrana $ no parece ser esencial para el transporte ni para laacti*idad, aunque podría reali(ar la funci!n de anclar el comple6o proteico a la membranalipídica.
Funcionamiento
El funcionamiento de la bomba electrogénica de Na+7 K+#sodio-potasio% , se debe a un cambiode conformaci!n en la proteína que se produce cuando es fosforilada por el ATP. 8omo elresultado de la cat"lisis es el mo*imiento transmembrana de cationes, $ se
consume energía en forma de ATP, su funci!n se denomina transporte acti*o. 'a demandaenergética es cubierta por la molécula de ATP, que al ser 3idroli(ada, separa un grupo fosfato, generando A2P $ liberando la energía necesaria para la acti*idad en(im"tica. Enlas mitocondrias, el A2P es fosforilado durante el proceso de respiraci!n gener"ndose unreser*orio continuo de ATP para los procesos celulares que requieren energía. En este caso,la energía liberada induce un cambio en la conformaci!n de la proteína una *e( unidos los tres
cationes de sodio a sus lugares de uni!n intracelular, lo que conlle*a su e&pulsi!n al e&teriorde la célula. Esto 3ace posible la uni!n de dos iones de potasio en la cara e&tracelular quepro*oca la desfosforilaci!n de la ATP, $ la posterior traslocaci!n para recuperar su estadoinicial liberando los dos iones de potasio en el medio intracelular.9cita requerida:
'os procesos que tienen lugar en el transporte son;
. <ni!n de tres Na+ a sus sitios acti*os.
. =osforilaci!n de la cara citoplasm"tica de la bomba que induce a un cambio deconformaci!n en la proteína. Esta fosforilaci!n se produce por la transferencia delgrupo terminal del ATP a un residuo de"cido asp"rtico de la proteína.
). El cambio de conformaci!n 3ace que el Na+ sea liberado al e&terior.
>. <na *e( liberado el Na+, se unen dos iones de K+ a sus respecti*os sitios de uni!n dela cara e&tracelular de las proteínas.
0. 'a proteína se desfosforila produciéndose un cambio conformacional de ésta, lo queproduce una transferencia de los iones de K+ al citosol.
Funciones
'a bomba de sodio-potasio es crucial e imprescindible para que e&ista la *ida animal $a quetiene las funciones e&puestas a continuaci!n. Por ello se encuentra en todas las membranas
celulares de los animales, en ma$or medida en células e&citables como las células ner*iosas $células musculares donde la bomba puede llegar a acaparar los dos tercios del total de laenergía en forma de ATP de la célula.
Mantenimiento de la osmolaridad y del volumen celular
'a bomba de Na+7K+ 6uega un papel mu$ importante en el mantenimiento del *olumen celular.Entre el interior $ el e&terior de la célula e&isten diferentes ni*eles de concentraci!n de solutos.8omo quiera que la bomba e&trae de la célula m"s moléculas de las que introduce tiende aigualar las concentraciones $, consecuentemente, la presi!n osm!tica. in la e&istencia de labomba, dado que los solutos org"nicos intracelulares, a pesar de contribuir en sí mismos pocoa la presi!n osm!tica total, tienen una gran cantidad de solutos inorg"nicos asociados, laconcentraci!n intracelular de estos #que generalmente son iones% es ma$or que lae&tracelular. Por ello, se produciría un proceso osm!tico, consistente en el paso de agua a
tra*és de la membrana plasm"tica 3acia el interior de la célula, que aumentaría de *olumen $diluiría sus componentes. 'as consecuencias serían catastr!ficas $a que la célula podríallegar a re*entar #proceso conocido como lisis%.
Absorción y reabsorción de moléculas
El gradiente producido por el Na+ impulsa el transporte acoplado #acti*o secundario% dediferentes moléculas al interior de la célula. 'o que quiere decir que el fuerte gradiente queimpulsa al sodio a entrar en la célula #*éase m"s adelante% es apro*ec3adopor proteínas especiales de membrana para ?arrastrar? otros solutos de interés utili(ando la
energía que se libera cuando el sodio se introduce en la célula. E6emplos de este proceso sonla absorci!n de nutrientes en las células de la mucosa intestinal $ la reabsorci!n de solutos enel t4bulo renal.
Potencial eléctrico de membrana
Esta bomba es una proteína electrogénica $a que bombea tres iones cargados
positi*amente 3acia el e&terior de la célula e introduce dos iones positi*os en el interior celular.Esto supone el establecimiento de unacorriente eléctrica neta a tra*és de la membranacelular , lo que contribu$e a generar un potencial eléctrico entre el interior $ el e&terior de lacélula $a que el e&terior de la célula est" cargado positi*amente con respecto al interior de lacélula. Este efecto electrogénico directo en la célula es mínimo $a que s!lo contribu$e a un5@ del total del potencial eléctrico de la membrana celular. No obstante, casi todo el resto delpotencial deri*a indirectamente de la acci!n de la bomba de sodio $ potasio, $ se debe en suma$or parte al potencial de reposo para el potasio.
Véase también: Potencial de membrana
Mantenimiento de los gradientes de sodio y potasio
Impulsos nerviosos
'a concentraci!n intracelular de sodio es alrededor de 0 m mientras que la e&tracelular esmuc3o ma$or #>0 m%. in embargo, las concentraciones intra $ e&tracelularesde potasio son >5 m $ 0 m respecti*amente. Esto nos indica que 3a$ un fuerte gradienteelectroquímico que impulsa a las dos sustancias a mo*erse; el sodio 3acia adentro $el potasio 3acia afuera de la célula. 8omo la membrana es impermeable a estos solutos,controlando la entrada $ salida de estas sustancias #principalmente%, la célula genera cambiosde concentraci!n de iones a ambos lados de la membrana, $ como los iones tienen cargaeléctrica, también se modifica el potencial a tra*és su$o. 8ombinando estos dos factores, lascélulas de un organismo son capaces de transmitirse seBales eléctricas #*éase; potencial deacci!n% $ comunicarse entre ellas, paso fundamental para la e*oluci!n del reino animal.
'a bomba de Na+7K+ contribu$e a equilibrar el potencial de membrana $ mantener el potencialde reposo #es decir, las concentraciones constantes a ambos lados% cuando el impulso
ner*ioso $a se 3a transmitido. Este impulso ner*ioso 3ace que los canales de Na+ se abrangenerando un desequilibrio en la membrana $ despolari("ndola, debido a la entrada de sodioa fa*or de gradiente, que al ser un cati!n re*ierte localmente el estado de electronegati*idaddel lado interno de la membrana. 8uando el impulso 3a pasado los canales de Na+ se cierran$ se abren los de K+, que implica la salida de potasio de la célula restaurando laelectronegati*idad intracelular. Para que el potencial de membrana sea normal la bomba deNa+7K+ funciona manteniendo las concentraciones de los iones constantes #e&pulsando elsodio que entra e introduciendo el potasio que sale%.
Transducción de señales
Cecientemente se 3a descubierto que, independientemente de su funci!n de transporte i!nico,la bomba tiene una funci!n como receptor de seBales. Así, se 3a descrito en miocitos de rata
en culti*o una modificaci!n en el ritmo de crecimiento tanto celular como mit!tico cuando seaBaden al medio an"logos de ouabaína que act4an sobre la proteína. Este cambio no se debea la modificaci!n de las concentraciones i!nicas sino a proteínas, seBal que act4a en lacascada de las AP inasas.
'a bomba de sodio-potasio encontrada en la células del cora(!n es una diana importante paralos gluc!sidos cardiacos #como digo&ina $ ouabaína%, drogas inotr!picas positi*asampliamente usadas en la clínica para incrementar la fuer(a de contracci!n.
DDA 2E 2F G PTAF
En los organismos superiores hay mayor cantidad de sodio por fuera de
las células que en su interior, siendo la relación aproximada de 142 a 14
miliequivalentes por litro (mEq/!, respectivamente" El miliequivalente es
una medida de cantidad de materia que aporta cargas eléctricas tanto
positivas como negativas" #especto del potasio ocurre lo contrario, puesto
que hay 14$ mEq/ intracelulares y solo 4 mEq/ por fuera"
a %om%a de sodio y potasio es una prote&na presente en todas lasmem%ranas plasm'ticas de las células, cuyo o%etivo es eliminar sodio de
la célula e introducir potasio en el citoplasma" Ese intercam%io permite
mantener, a través de la mem%rana, las diferentes concentraciones entre
am%os cationes" a prote&na transmem%rana )%om%ea* tres cationes de
sodio expuls'ndolos fuera de la célula y lo propio hace con dos cationes
de potasio al interior de ella" +e esa forma se genera un potencial
eléctrico negativo intracelular" Este mecanismo se produce en contra del
gradiente de concentración gracias a la enima -.asa, que act0a so%re el
-. con el fin de o%tener la energ&a necesaria para que los nutrientes
puedan atravesar la mem%rana celular y llegar al citoplasma"
a %om%a de sodio y potasio act0a de la siguiente manera
1 tres iones de sodio ( 3a! intracelulares se insertan en la prote&na
