Na+/K+-ATPase e Manutenção do Gradiente Iônico

A Na+/K+-ATPase, ou bomba de sódio-potássio, é o transportador de membrana que mantém os gradientes iônicos subjacentes ao potencial de repouso. Usando energia da hidrólise de ATP, ela move o sódio para fora da célula e o potássio para dentro, contra seus gradientes de concentração, contrariando o vazamento passivo que, de outra forma, os dissiparia.

Definition

A Na+/K+-ATPase é uma ATPase tipo P de membrana integral que hidrolisa um ATP para exportar três íons sódio e importar dois íons potássio por ciclo, mantendo ativamente os gradientes transmembrana de sódio e potássio das células animais.

Scope

Este tópico aborda a estequiometria de transporte da bomba, sua dependência de ATP, sua contribuição eletrogênica para o potencial de membrana e seu papel na manutenção da estabilidade dos gradientes de sódio e potássio. Também observa como a bomba liga o fornecimento de energia celular à excitabilidade. O fluxo passivo mediado por canais é tratado no tópico de permeabilidade.

Core questions

• O que a bomba de sódio-potássio transporta e em que proporção?
• Como a bomba usa ATP para mover íons contra seus gradientes?
• Por que a bomba é descrita como eletrogênica e qual a magnitude de seu efeito direto no potencial de membrana?

Key concepts

• Transporte ativo primário
• Estequiometria de 3 Na+ para fora / 2 K+ para dentro
• Hidrólise de ATP e ciclo de fosforilação
• Transporte eletrogênico
• ATPase tipo P
• Manutenção do gradiente contra vazamento passivo

Key theories

Manutenção por transporte ativo de gradientes iônicos

Os gradientes iônicos estáveis que estabelecem o potencial de repouso não são autossustentáveis; a Na+/K+-ATPase usa energia metabólica para bombear sódio para fora e potássio para dentro, compensando o vazamento passivo contínuo para que os gradientes persistam na célula viva.

Mechanisms

A bomba liga três íons sódio intracelulares e ATP, é fosforilada e muda de conformação para liberar sódio para o exterior; em seguida, liga dois íons potássio extracelulares, é desfosforilada e retorna à sua conformação original para liberar potássio para o interior. Como ela exporta três cargas positivas para cada duas que importa, cada ciclo move uma carga positiva líquida para fora da célula, tornando a bomba eletrogênica e contribuindo com um pequeno componente hiperpolarizante para o potencial de membrana, como revisado por Thomas (1972). Seu papel principal, no entanto, é reabastecer os gradientes de sódio e potássio que o vazamento passivo dos canais continuamente erode; Skou (1957) identificou pela primeira vez a ATPase responsável, e Morth e colegas (2007) posteriormente resolveram sua estrutura cristalina. Como a bomba consome ATP, a manutenção do gradiente liga o estado de repouso ao suprimento de energia da célula.

Clinical relevance

Como a bomba sustenta os gradientes dos quais a excitabilidade depende, condições que prejudicam sua função ou suprimento de energia podem alterar o comportamento da membrana, e a bomba é o alvo molecular dos glicosídeos cardíacos. Esta entrada descreve esses mecanismos como fisiologia e farmacologia de fundo e não fornece conselhos de dosagem ou tratamento.

Evidence & guidelines

A existência, estequiometria e estrutura da bomba são estabelecidas por bioquímica, eletrofisiologia e cristalografia e são fisiologia padrão de livros didáticos; o tópico é material de referência mecanicista, e não conteúdo de diretrizes.

History

Jens Christian Skou identificou uma enzima hidrolisadora de ATP ativada por sódio e potássio no nervo de caranguejo em 1957, trabalho pelo qual ele mais tarde compartilhou o Prêmio Nobel de Química. A contribuição eletrogênica da bomba foi caracterizada ao longo da década de 1960 e revisada por Thomas (1972), e sua arquitetura molecular foi resolvida por cristalografia de raios-X por Morth e colegas (2007).

Key figures

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

Seminal works

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

Frequently asked questions

O que a bomba de sódio-potássio faz?

Ela usa energia do ATP para mover três íons sódio para fora da célula e dois íons potássio para dentro por ciclo, mantendo os gradientes iônicos que o vazamento passivo através da membrana, de outra forma, dissiparia.

A própria bomba cria o potencial de repouso?

Principalmente indiretamente. O potencial de repouso provém de íons que se difundem através de canais seletivos, seguindo gradientes que a bomba mantém; a bomba também adiciona uma pequena voltagem hiperpolarizante direta porque exporta carga positiva líquida.