Struttura della pompa di sodio di potassio, funzione, meccanismo, importanza

IL Bomba di sodio di potassio È una struttura proteica inclusa in un insieme più ampio di molecole presenti in molte membrane cellulari e che sono responsabili del trasporto attivo di ioni o altre piccole molecole contro i suoi gradienti di concentrazione. Usano l'energia rilasciata dall'idrolisi ATP ed è per questo che sono genericamente chiamati Atasas.

La pompa di sodio di potassio è un ATPay Na+/K+perché rilascia l'energia contenuta nella molecola ATP per spostare il sodio all'interno della cellula, introducendo, allo stesso tempo, potassio.

Schema di bombe di sodio di potassio. Esterno e interno della cellula. (Fonte: Miguelferig, via Wikimedia Commons)

All'interno della cellula il sodio è meno concentrato (12 meq/L) rispetto all'esterno (142 meq/L), mentre il potassio è più concentrato all'esterno (4 meq/L) che all'interno (140 meq/L).

Le bombe Atasas sono classificate in tre grandi gruppi:

• Pompe ioniche di tipo F e V: Sono strutture piuttosto complesse, possono essere costituite da 3 diversi tipi di subunità transmarket e fino a 5 polipeptidi associati in citosol. Funzionano come trasportatori di protoni.
• Superfamiglia ABC (di Inglese ATp-BInding CAssetta = Cassetta dell'Unione ATP): integrato da oltre 100 proteine ​​che possono funzionare come trasportatori di ioni, monosaccaridi, polisaccaridi, polipeptidi e persino altre proteine.
  
• Pompe ioniche di classe P: formato da almeno una subunità catalitica alfa transmembraal che ha un sito sindacale per l'ATP e una subunità β minore. Durante il processo di trasporto la subunità α è fosforila e quindi il suo nome "p".

La bomba di sodio di potassio (Na+/K+Atpasa) appartiene al gruppo di pompe ioniche di classe P ed è stata scoperta nel 1957 da Jens Skou, un ricercatore danese, quando ha studiato il meccanismo d'azione degli anestetici nei nervi di un granchio (Carcinus Maenas); lavoro per il quale è stato assegnato il premio Nobel in chimica nel 1997.

Bomba di sodio di potassio. Nakpompe2.Jpg: phi-gastrein a freddo.WikipediaDerivative Work: Sonia/CC BY-S (http: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/3.0/)

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Struttura della pompa di sodio di potassio

La pompa di sodio di potassio è un enzima che dal punto di vista della sua struttura quaternaria è formata da 2 subunità proteiche alfa (α) e due beta (β).

È, quindi, un tetramero di tipo α2β2, le cui subunità sono proteine ​​di membrana complete, cioè attraversano il doppio strato lipidico e hanno domini citosolici sia intra e extra citosolici.

Subunità alfa e beta della pompa di potassio. Rob Cowie/CC BY-SA (http: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/3.0/)

Subunità alfa

Le subunità α sono quelle che contengono i siti sindacali per l'ATP e per gli ioni Na+ e K+ e rappresentano la componente catalitica dell'enzima e quello che esercita la funzione stessa della bomba stessa.

Le subunità α sono polipeptidi di grandi dimensioni, con un peso molecolare di 120 kDa, 10 segmenti transmembranici e con le loro estremità N-e C-terminale situate sul lato citosolico.

Hanno sui siti dell'Unione laterale intracellulare per l'ATP e per il Na+, nonché un residuo aspartato in posizione 376 che rappresenta il sito subita dal processo di fosforilazione durante l'attivazione della pompa.

Il sito di legame per K+ è apparentemente sul lato extracellulare.

Subunità beta

Le subunità β non sembrano avere una partecipazione diretta alla funzione di pompaggio, ma in loro assenza tale funzione non si verifica.

Le subunità β hanno un peso molecolare di circa 55 kDa ciascuno e sono glicoproteine ​​con un singolo dominio transmarket i cui rifiuti glucidi sono inseriti nella regione extracellulare.

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Sembrano essere necessari nel reticolo endoplasmatico, dove contribuirebbero al corretto piegatura delle subunità α, e quindi, a livello della membrana, per stabilizzare il complesso.

Entrambi i tipi di subunità sono eterogenei e sono stati descritti finora isoforme α1, α2 e α3 per UNA e β1, β2 e β3 per l'altro. L'α1 si trova nelle membrane della maggior parte delle cellule, mentre α2 è presente nel muscolo, nel cuore, nel tessuto adiposo e nel cervello e α3 nel cuore e nel cervello.

L'isoforma β1 è la distribuzione più diffusa, sebbene sia assente in alcuni tessuti come le cellule vestibolari dell'orecchio interno e le cellule muscolari glicolitiche di risposta rapida. Quest'ultimo contengono solo β2.

Le diverse strutture delle subunità che compongono la pompa Na+/K+ nei diversi tessuti possono obbedire alle specializzazioni di un tipo funzionale ma chiarite.

Funzione pompa di potassio

Per qualsiasi momento considerato, la membrana plasmatica costituisce un limite di separazione tra il compartimento corrispondente all'interno di una cellula e quello che rappresenta il fluido extracellulare in cui è immerso.

Entrambi i compartimenti hanno una composizione che può essere qualitativamente diversa, poiché all'interno delle cellule ci sono sostanze che non sono fuori di esse e il fluido extracellulare contiene sostanze che non sono presenti intracellulari.

Le sostanze presenti in entrambi i compartimenti possono essere trovate in diverse concentrazioni e tali differenze possono possedere un significato fisiologico. Questo è il caso di molti ioni.

Manutenzione omeostasi

La pompa Na+/K+ svolge una funzione fondamentale nel mantenimento dell'omeostasi intracellulare controllando il sodio e le concentrazioni di ioni di potassio. Questo mantenimento dell'omeostasi lo raggiunge grazie a:

• Trasporto ionico: introduce ioni sodio ed espelle ioni di potassio, processo attraverso il quale promuove anche il movimento di altre molecole attraverso altri trasportatori che dipendono dalla carica elettrica o dalla concentrazione interna di questi ioni.
• Controllo del volume cellulare: L'introduzione o l'uscita degli ioni implica anche movimenti dell'acqua dentre della cella, quindi la pompa partecipa al controllo del volume delle cellule.
• Generazione potenziale di membrana: L'espulsione di 3 ioni di sodio per ogni 2 ioni di potassio che vengono introdotti provoca la membrana. Questa differenza è nota come potenziale di riposo.

Il Na+ ha una concentrazione extracellulare di circa 142 meq/L, mentre la sua concentrazione intracellulare è solo 12 meq/L; Il K+, d'altra parte, è più concentrato all'interno della cella (140 MEQ/L) che all'esterno di esso (4 MEQ/L).

Sebbene la carica elettrica di questi ioni non consenta il loro passaggio attraverso la membrana, ci sono canali ionici che lo consentono (selettivamente), che favoriscono il movimento se le forze che normalmente muovono questi ioni sono anche.

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Ora, queste differenze di concentrazione hanno una grande importanza nel Conservazione dell'omeostasi dell'organismo e deve essere mantenuto in una sorta di equilibrio che andrebbe perso.

Diffusione e sodio di potassio (fonte: Bruceblaus. Quando si utilizza questa immagine in fonti esterne può essere citata come: Blausen.COM Staff (2014). "Galleria medica di Blausen Medical 2014". Wikijournal of Medicine 1 (2). Doi: 10.15347/WJM/2014.010. ISSN 2002-4436.Derivato di Mikael Häggström/CC di (https: // creativeCommons.Org/licenze/di/3.0) via Wikimedia Commons)

• La differenza di concentrazione per il Na+ tra l'interno e l'esterno della cellula crea un gradiente chimico che spinge il sodio verso l'interno e rende questo ione che entra e si tocca costantemente per dissipare quella differenza, cioè per abbinare le concentrazioni in entrambi i lati.
• Il gradiente di potassio è mantenuto nella direzione opposta, cioè dall'interno verso l'esterno, permettendo la costante uscita dello ione e la sua riduzione interna e aumento esterno.

La funzione della pompa Na+/K+ consente l'estrazione del sodio che è entrata dalla diffusione attraverso canali o da altre rotte di trasporto e la reintroduzione del potassio che è stata diffusa verso l'esterno, consentendo la conservazione delle concentrazioni intra e extracellulari di questi ioni.

Meccanismo (processo)

Il meccanismo d'azione dell'ATPase Na+/K+ è costituito da un ciclo catalitico che implica le reazioni di trasferimento di un gruppo fosforile (PI) e cambiamenti conformazionali dell'enzima che passa da uno stato E1 a uno stato E2 e viceversa.

L'operazione richiede la presenza di ATP e Na+ all'interno della cellula e K+ nel fluido extracellulare.

Unione di ioni di sodio al trasportatore

Il ciclo inizia nello stato di conformazione E1 dell'enzima, in cui vi sono 3 siti citosolici di Na+ Union e elevata affinità (km di 0,6 mM) che sono completamente occupati a causa della concentrazione intra di ione (12 mM).

Idrolisi ATP

In questo stato (E1) e con il Na+ fisso ai suoi siti sindacali, l'ATP è fissato al suo sito nel settore citosolico della molecola, un gruppo di fosfato al 376 aspartato viene trasferito e trasferito, formando un acilfosfato ad alta energia che induce un cambiamento conformazionale allo stato E2.

Espulsione di 3 ioni di sodio e introduzione di 2 ioni di potassio

Il cambiamento conformazionale allo stato E2 implica che i siti dell'Unione Na+ passano all'estero, la loro affinità per lo ione diminuisce molto e viene rilasciata nel fluido extracellulare, mentre, allo stesso tempo, l'affinità dei siti dell'Unione aumenta E questi ioni si legano alla pompa.

Durante lo stato E2 gli ioni di Na+ vengono rilasciati dall'altra parte della membrana. A sua volta, questo nuovo stato della pompa genera affinità per l'Unione di K ioni+

Inversione da E2 a E1

Una volta rilasciato il Na+ e il K+ è unito, viene prodotta l'idrolisi del fosfato aspartile e viene invertito il cambiamento conformazionale dello stato E2 allo stato E1.

Quando si verifica questo cambiamento, i siti per Na+ recuperano la loro affinità e quelli di K+ lo perdono, con cui il k+ viene rilasciato all'interno della cella.

Importanza

Nel mantenimento dell'osmolarità cellulare

La bomba Na+/K+ è stata presente nella maggior parte, se non in tutto, cellule di mammifero, in cui è di generale importanza contribuendo al mantenimento della sua osmolarità e quindi al suo volume.

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L'ingresso continuo di ioni di sodio nella cellula sta condizionando un aumento del numero intracellulare di particelle osmoticamente attive, che inducono l'ingresso dell'acqua e l'aumento del volume che finirebbe per causare la rottura della membrana e del crollo delle cellule.

Nella formazione del potenziale di membrana

Poiché queste pompe introducono solo 2 k+ per ogni 3 na+ che eliminano, si comportano elettrogenicamente, il che significa che "si sciolgono" cariche elettriche interne, favorendo la produzione del potenziale caratteristico della membrana delle cellule del corpo.

La sua importanza è anche evidente in relazione alle cellule che compongono i tessuti eccitabili, in cui i potenziali d'azione sono caratterizzati dall'ingresso dello ione Na+, che depolarizza la cellula e dall'output di K+, che lo ripolarizza.

Questi movimenti ionici sono possibili grazie al funzionamento delle pompe Na+/K+, che contribuiscono alla produzione di gradienti chimici che spostano gli ioni coinvolti.

Senza queste pompe, che funzionano nella direzione opposta, i gradienti di concentrazione di questi ioni si dissiperebbero e l'attività eccitatoria scomparirebbe.

Nella funzione renale

Un altro aspetto che evidenzia l'estrema importanza delle bombe di sodio-potassio è in relazione alla funzione renale, che non sarebbe impossibile.

La funzione renale implica la filtrazione giornaliera di più o meno 180 litri di plasma e grandi quantità di sostanze, alcune delle quali devono essere escrete, ma molti devono essere riassorbiti in modo che non siano persi nelle urine.

Il riassorbimento di sodio, acqua e molte sostanze filtrate dipende da queste pompe, che si trovano nella membrana basolaterale delle cellule che compongono l'epitelia dei diversi segmenti tubolari dei nefrons renali.

Le cellule epiteliali che riducono i tubuli renali hanno una faccia che è in contatto con la luce del tubulo e che si chiama faccia apicale e un'altra che è in contatto con l'interstizio attorno al tubulo e chiamato basolaterale.

L'acqua e le sostanze che sono reaborbi devono prima passare all'interno della cellula attraverso l'apicale e poi nell'interstizio dal basolaterale.

Il riassorbimento di Na+ è fondamentale sia in relazione a lui, sia in relazione a quello dell'acqua e di quello di altre sostanze che dipendono dalle sue. L'ingresso apicale di Na+ la cellula richiede che ci sia un gradiente che lo sposta e che implica una concentrazione molto bassa dello ione all'interno della cellula.

Questa bassa concentrazione intracellulare di Na+ è prodotta da pompe di sodio dalla membrana basolaterale che funzionano intensamente per rimuovere lo ione dalle cellule all'interstizio.

Riferimenti

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