¿Qué es?
En química, la bomba sodio-potasio es una proteína de membrana fundamental en la fisiología de las células excitables que se encuentra en todas nuestras membranas celulares. Su función es el transporte de los iónes inorgánicos más comunes en biología (el sodio y el potasio) entre el medio extracelular y el citoplasma, proceso fundamental en todo el reino animal.
La bomba de sodio y potasio cumple un rol muy importante en la producción y transmisión de los impulsos nerviosos y en la contracción de las células musculares.
El sodio tiene mayor concentración fuera de la célula y el potasio dentro de la misma. La proteína transmembrana “bombea” sodio expulsándolo fuera de la célula y lo propio hace con el potasio al interior de ella.
Funcionamiento y Estructura de la bomba NaK
Estructura proteica
La bomba sodio potasio ATPasa (adenin-tri-fosfatasa) es una proteína de membrana que actúa como un transportador de intercambio antiporte (transferencia simultánea de dos solutos en diferentes direcciones) que hidroliza ATP. 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. 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 ATPasa. La enzima está glucosilada en la cara externa (como la mayoría de proteínas de membrana) y requiere de magnesio como cofactor para su funcionamiento ya que es una ATPasa.
La bomba sodio potasio ATPasa (adenin-tri-fosfatasa) es una proteína de membrana que actúa como un transportador de intercambio antiporte (transferencia simultánea de dos solutos en diferentes direcciones) que hidroliza ATP. 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. 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 ATPasa. La enzima está glucosilada en la cara externa (como la mayoría de proteínas de membrana) y requiere de magnesio como cofactor para su funcionamiento ya que es una ATPasa.
Funcionamiento
Este mecanismo se produce en contra del gradiente de concentración gracias a la enzima ATPasa, que actúa sobre el ATP con el fin de obtener la energía necesaria para que las sustancias puedan atravesar la membrana celular. La forma de actuar de la bomba de sodio y potasio es la siguiente:
1: tres iones de sodio (3 Na+) intracelulares se insertan en la proteína transportadora.
2: el ATP aporta un grupo fosfato (Pi) liberándose difosfato de adenosina (ADP). El grupo fosfato se une a la proteína, hecho que provoca cambios en el canal proteico.
3: esto produce la expulsión de los 3 Na+ fuera de la célula.
4: dos iones de potasio (2 K+) extracelulares se acoplan a la proteína de transporte.
5: el grupo fosfato se libera de la proteína induciendo a los 2 K+ a ingresar a la célula.
A partir de ese momento, comienza una nueva etapa con la expulsión de otros tres iones de sodio.
La bomba de sodio y potasio controla el volumen de las eucariotas animales al regular el pasaje del sodio y del potasio. El gradiente generado produce un potencial eléctrico que aprovechan todas aquellas sustancias que debe atravesar la membrana plasmática en contra del gradiente de concentración. A medida que sale sodio de la célula, el líquido extracelular adquiere un mayor potencial eléctrico positivo, lo que provoca atracción de iones negativos (cloro, bicarbonato) intracelulares.
Al haber más iones de sodio y cloruros (Na+ y Cl-) en el medio extracelular, el agua tiende a salir de la célula por efecto de la ósmosis. De esta manera, la bomba de sodio y potasio controla el volumen celular.
Al haber más iones de sodio y cloruros (Na+ y Cl-) en el medio extracelular, el agua tiende a salir de la célula por efecto de la ósmosis. De esta manera, la bomba de sodio y potasio controla el volumen celular.
ACTIVACION DE LA BOMBA DE Na+: K+
En base no es mas que la transmisión del mensaje (que es un impulso nervioso de carácter eléctrico) que es conducido a través del cuerpo celular a lo largo del axón hasta el botón sinático para liberar alguna sustancia transmisora. La neurona tiene un medio interno y un medio externo, tanto fuera como dentro tiene iones positivos y negativos, aunque cada medio suele tener una mayor concentración de iones, así el medio interno tiende a ser negativo y el medio externo a positivo. De tal forma que el medio externo de la neurona lo constituyen fundamentalmente Sodio (Na+) y Cloro (cl-) y en el medio interno potasio (K+) y Aniones (A-).
Para entender como se mantiene esta distribución de iones hay que entender dos conceptos claros :
· Gradiante de Difusión (GD): tendencia de las moléculas a homogeneizarse, yendo al lugar de menos moléculas.
· Gradiante Electroestático (GE): Hace referencia a las fuerzas de atracción y fuerzas de repulsión.
En el caso del Potasio el GD le empuja hacia fuera pero como el medio externo es positivo se repele. En el caso de los aniones, el GD le empuja hacia fuera y el GE le atrae pero son demasiados grandes para traspasar la membrana. En el caso del Sodio: El GD le obliga a entrar y el GE le atrae, pero no lo hace (pocos canales de sodio y la bomba de sodio potasio que expulsa tres iones de sodio por cada dos de potasio) Y en el caso del Cloro: el GD le empuja a entrar pero el GE lo repele.
Una vez entendido esto podemos ver que el Potencial de Membrana es causado por diferencias entre la composiciónes iónicas de los líquidos intracelulares y extracelulares.
Potencial de Acción:
Cuando la fibra nerviosa se estimula correctamente se vuelven muy permeables los conductos de sodio de la membrana, y los iones sodio de carga positiva pasan en este momento en grandes cantidades hacia el axón y hacen que el potencial de membrana se vuelva súbitamente positivo en vez de negativo. Sin embargo este escape de iones sodio dura menos de una milesima de segundo, y una vez que ha pasado, salen de nuevo iones de potasio hacia el exterior y restablecen la negatividad dentro de la membrana.
Este incremento súbito del potencial de membrana hacia la positividad y a continuación su retorno al estado negativo normal es el Potencial de Acción o Impulso nervioso.
Secreción de Acetilcolina:
Cuando llega un impulso nervioso a la unión neuromuscular, el paso del potencial de acción sobre la membrana de la terminación nerviosa hace que muchas de las vesículas pequeñas de acetilcolina almacenadas en la terminación se rompan en la membrana terminal de la hendidura sináptica, entre éstas y la membrana de la fibra muscular.
Cuando llega un impulso nervioso a la unión neuromuscular, el paso del potencial de acción sobre la membrana de la terminación nerviosa hace que muchas de las vesículas pequeñas de acetilcolina almacenadas en la terminación se rompan en la membrana terminal de la hendidura sináptica, entre éstas y la membrana de la fibra muscular.
La acetilcolina actúa ahora a continuación sobre la membrana muscular plegada, incrementando su permeabilidad a los iones de sodio.
Este aumento de la permeabilidad permite a su vez el escape instantáneo de iones sodio con carga positiva hacia el interior de la fibra, que despolariza de inmediato esta zona local de la membrana muscular.
Esta despolarización local envía un potencial de acción que viaja en ambas direcciones a lo largo de la fibra. A su vez, el potencial de acción que viaja a traves de la fibra produce una Contracción Muscular.
¿Qué provoca un cambio de permeabilidad?
Despolarización: Apertura de los canales de Sodio y Entrada de sodio
Repolarización: Se cierran los canales de Sodio y se abren los de Potasio así se produce una salida de potasio al exterior de la membrana
Hiperpolarización: salida masiva de potasio
Reposo: hay poco potasio fuera. La membrana se estabiliza El cambio de potencial se produce debido a la entrada de sodio al interior de la membrana, así como de la salida de potasio, ese cambio eléctrico se da alternativamente en el axón, a modo de ejemplo escogeremos una conducción local, dado en los axónes amielínicos.
LA FUNCION QUE CUMPLE EN EL SISTEMA NERVIOSO ES AYUDAR A LA SINAPSIS
LO MISMO OCURRE CUANDO FLEXIONAMOS EL BRAZO Y CUANDO LO HACEMOS HAY UNA GRAN CANTIDAD DE TRANSPORTE DE SODIO Y POTACIO
SE LE LLAMA BOMBA POR QUE HAY ENERGIA INVOLUCRADA PARA TAL FIN
Esta información fue recopilada en las siquientes ligas:
y en el libro:
Anatomía y Fisiología Humana
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