Na+/K+-ATPasa y el mantenimiento del gradiente iónico

La Na+/K+-ATPasa, o bomba de sodio-potasio, es el transportador de membrana que mantiene los gradientes iónicos subyacentes al potencial de reposo. Utilizando energía de la hidrólisis de ATP, mueve el sodio hacia fuera de la célula y el potasio hacia dentro, en contra de sus gradientes de concentración, contrarrestando la fuga pasiva que de otro modo los disiparía.

Definition

La Na+/K+-ATPasa es una ATPasa de tipo P integral de membrana que hidroliza una molécula de ATP para exportar tres iones de sodio e importar dos iones de potasio por ciclo, manteniendo activamente los gradientes transmembrana de sodio y potasio de las células animales.

Scope

Este tema abarca la estequiometría de transporte de la bomba, su dependencia del ATP, su contribución electrogénica al potencial de membrana y su papel en el mantenimiento de la estabilidad de los gradientes de sodio y potasio. También se señala cómo la bomba vincula el suministro de energía celular con la excitabilidad. El flujo pasivo mediado por canales se trata en el tema de la permeabilidad.

Core questions

• ¿Qué transporta la bomba de sodio-potasio y en qué proporción?
• ¿Cómo utiliza la bomba el ATP para mover iones en contra de sus gradientes?
• ¿Por qué se describe la bomba como electrogénica y cuán grande es su efecto directo sobre el potencial de membrana?

Key concepts

• Transporte activo primario
• Estequiometría de 3 Na+ hacia fuera / 2 K+ hacia dentro
• Ciclo de hidrólisis de ATP y fosforilación
• Transporte electrogénico
• ATPasa de tipo P
• Mantenimiento del gradiente contra la fuga pasiva

Key theories

Mantenimiento de gradientes iónicos por transporte activo

Los gradientes iónicos estables que establecen el potencial de reposo no son autosostenibles; la Na+/K+-ATPasa utiliza energía metabólica para bombear sodio hacia fuera y potasio hacia dentro, compensando la fuga pasiva continua para que los gradientes persistan en la célula viva.

Mechanisms

La bomba une tres iones de sodio intracelulares y ATP, se fosforila y cambia de conformación para liberar el sodio al exterior; luego une dos iones de potasio extracelulares, se desfosforila y regresa a su conformación original para liberar el potasio en el interior. Dado que exporta tres cargas positivas por cada dos que importa, cada ciclo mueve una carga positiva neta hacia fuera de la célula, haciendo que la bomba sea electrogénica y contribuyendo con un pequeño componente hiperpolarizante al potencial de membrana, como revisó Thomas (1972). Sin embargo, su función principal es reponer los gradientes de sodio y potasio que la fuga pasiva a través de los canales erosiona continuamente; Skou (1957) identificó por primera vez la ATPasa responsable, y Morth y sus colegas (2007) resolvieron posteriormente su estructura cristalina. Dado que la bomba consume ATP, el mantenimiento del gradiente vincula el estado de reposo con el suministro de energía de la célula.

Clinical relevance

Dado que la bomba mantiene los gradientes de los que depende la excitabilidad, las condiciones que alteran su función o suministro de energía pueden cambiar el comportamiento de la membrana, y la bomba es el objetivo molecular de los glucósidos cardíacos. Esta entrada describe esos mecanismos como antecedentes de fisiología y farmacología y no proporciona consejos de dosificación o tratamiento.

Evidence & guidelines

La existencia, estequiometría y estructura de la bomba están establecidas por la bioquímica, la electrofisiología y la cristalografía y son fisiología estándar de los libros de texto; el tema es material de referencia mecanicista más que contenido de guía.

History

Jens Christian Skou identificó una enzima hidrolizadora de ATP activada por sodio y potasio en el nervio de cangrejo en 1957, trabajo por el cual más tarde compartió el Premio Nobel de Química. La contribución electrogénica de la bomba fue caracterizada a lo largo de la década de 1960 y revisada por Thomas (1972), y su arquitectura molecular fue resuelta por cristalografía de rayos X por Morth y sus colegas (2007).

Key figures

• Jens Christian Skou
• Roger C. Thomas
• Poul Nissen

Seminal works

• skou-1957
• thomas-1972
• morth-2007

Frequently asked questions

¿Qué hace la bomba de sodio-potasio?

Utiliza energía del ATP para mover tres iones de sodio hacia fuera de la célula y dos iones de potasio hacia dentro por ciclo, manteniendo los gradientes iónicos que la fuga pasiva a través de la membrana disiparía de otro modo.

¿La bomba misma crea el potencial de reposo?

Principalmente de forma indirecta. El potencial de reposo proviene de iones que se difunden a través de canales selectivos siguiendo los gradientes que la bomba mantiene; la bomba también añade un pequeño voltaje hiperpolarizante directo porque exporta una carga positiva neta.