Il pompa sodio potassio È una struttura proteica inclusa in un più ampio insieme di molecole presenti in molte membrane cellulari e che sono responsabili del trasporto attivo di ioni o altre piccole molecole contro i loro gradienti di concentrazione. Usano l'energia rilasciata dall'idrolisi dell'ATP ed è per questo che sono genericamente chiamati ATPasi.
La pompa sodio potassio è una Na + / K + ATPasi perché rilascia l'energia contenuta nella molecola di ATP per spostare il sodio dall'interno all'esterno della cellula, introducendo potassio.
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 pompe ATPase sono classificate in tre grandi gruppi:
La pompa sodio potassio (Na + / K + ATPasi) appartiene al gruppo delle pompe ioniche di classe P ed è stata scoperta nel 1957 da Jens Skou, un ricercatore danese, quando studiava il meccanismo d'azione degli anestetici sui nervi di un granchio. (Carcinus maenas); opera per la quale è stato insignito del Premio Nobel per la Chimica nel 1997.
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La pompa sodio potassio è un enzima che dal punto di vista della sua struttura quaternaria è formato da 2 subunità proteiche di tipo alfa (α) e due di tipo beta (β).
Si tratta quindi di un tetramero di tipo α2β2, le cui subunità sono proteine integrali di membrana, cioè attraversano il doppio strato lipidico e hanno domini intra ed extra citosolici..
Le subunità α sono quelle che contengono i siti di legame per l'ATP e per gli ioni Na + e K + e rappresentano la componente catalitica dell'enzima e quella che esercita la funzione della pompa stessa..
Le subunità α sono grandi polipeptidi, con un peso molecolare di 120 kDa, 10 segmenti transmembrana e con le loro estremità N- e C-terminali situate sul lato citosolico..
Sul lato intracellulare, hanno siti di legame per ATP e Na +, nonché un residuo di aspartato in posizione 376 che rappresenta il sito che subisce il processo di fosforilazione durante l'attivazione della pompa..
Il sito di legame per K + sembra essere sul lato extracellulare.
Le subunità β non sembrano avere una partecipazione diretta alla funzione di pompaggio, ma in loro assenza questa funzione non si verifica..
Le subunità β hanno un peso molecolare di circa 55 kDa ciascuna e sono glicoproteine con un unico dominio transmembrana i cui residui di carboidrati sono inseriti nella regione extracellulare..
Sembrano essere necessari nel reticolo endoplasmatico, dove contribuirebbero al corretto ripiegamento delle subunità α, e quindi, a livello della membrana, a stabilizzare il complesso..
Entrambi i tipi di subunità sono eterogenei e le isoforme α1, α2 e α3 sono state descritte per una e β1, β2 e β3 per l'altra. Α1 si trova nelle membrane della maggior parte delle cellule, mentre α2 è presente nei muscoli, nel cuore, nel tessuto adiposo e nel cervello e α3 nel cuore e nel cervello.
L'isoforma β1 è quella con la distribuzione più diffusa, sebbene sia assente in alcuni tessuti come le cellule vestibolari dell'orecchio interno e le cellule muscolari glicolitiche a risposta rapida. Questi ultimi contengono solo β2.
Le diverse strutture delle subunità che compongono la pompa Na + / K + nei diversi tessuti possono essere dovute a specializzazioni funzionali non ancora chiarite..
Per ogni momento considerato, la membrana plasmatica costituisce un confine di separazione tra il compartimento corrispondente all'interno di una cellula e quello che rappresenta il fluido extracellulare in cui è immersa..
Entrambi i compartimenti hanno una composizione che può essere qualitativamente diversa, poiché all'interno delle cellule sono presenti sostanze che non si trovano al di fuori di esse e il fluido extracellulare contiene sostanze che non sono presenti a livello intracellulare..
Le sostanze presenti in entrambi i compartimenti possono essere trovate in diverse concentrazioni e queste differenze possono avere un significato fisiologico. Questo è il caso di molti ioni.
La pompa Na + / K + svolge un ruolo fondamentale nel mantenimento dell'omeostasi intracellulare controllando le concentrazioni di ioni sodio e potassio. Questo mantenimento dell'omeostasi si ottiene grazie a:
Na + ha una concentrazione extracellulare di circa 142 mEq / L, mentre la sua concentrazione intracellulare è di soli 12 mEq / L; K +, invece, è più concentrato all'interno della cellula (140 mEq / L) che all'esterno (4 mEq / L).
Sebbene la carica elettrica di questi ioni non permetta il loro passaggio attraverso la membrana, ci sono canali ionici che lo consentono (selettivamente), che promuovono il movimento se sono presenti anche le forze che normalmente muovono questi ioni..
Ora queste differenze di concentrazione sono di grande importanza in conservazione dell'omeostasi dell'organismo e deve essere mantenuto in una sorta di equilibrio che, se perso, produrrebbe importanti alterazioni organiche.
La funzione della pompa Na + / K + permette l'estrazione del sodio entrato per diffusione attraverso canali o altre vie di trasporto e la reintroduzione del potassio che si è diffuso, consentendo la conservazione delle concentrazioni intra ed extracellulari di questi ioni.
Il meccanismo d'azione dell'ATPasi Na + / K + consiste in un ciclo catalitico che coinvolge 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.
Il ciclo inizia nello stato di conformazione E1 dell'enzima, in cui sono presenti 3 siti citosolici di legame a Na + e ad alta affinità (Km 0,6 mM) che sono completamente occupati perché la concentrazione intraionica (12 mM) lo consente.
In questo stato (E1) e con Na + attaccato ai suoi siti di legame, l'ATP si lega al suo sito nel settore citosolico della molecola, idrolizza e un gruppo fosfato viene trasferito all'aspartato 376, formando un acilfosfato ad alta energia che induce un conformazionale passare allo stato E2.
Il cambiamento conformazionale allo stato E2 implica che i siti di legame Na + passino all'esterno, la loro affinità per lo ione diminuisce notevolmente e viene rilasciato nel fluido extracellulare, mentre, allo stesso tempo, l'affinità dei siti di legame K + aumenta e questi ioni sono attaccati all'esterno della pompa.
Una volta rilasciato il Na + e legato il K +, si verifica l'idrolisi dell'aspartil fosfato e il cambiamento conformazionale dallo stato E2 allo stato E1 viene ripristinato, con la reintroduzione dei siti di legame Na + vuoti e di quelli di K + occupato.
Quando si verifica questo cambiamento, i siti per Na + riacquistano la loro affinità e quelli per K + la perdono, con cui il K + viene rilasciato nella cellula..
La pompa Na + / K + è presente nella maggior parte, se non in tutte, delle cellule di mammifero, nelle quali è di generale importanza aiutando a mantenere la loro osmolarità e quindi il loro volume.
Il continuo ingresso di ioni sodio nella cellula determina un aumento del numero intracellulare di particelle osmoticamente attive, che induce l'ingresso di acqua e l'aumento di volume che finirebbe per provocare la rottura della membrana e il collasso cellulare..
Poiché queste pompe introducono solo 2 K + per ogni 3 Na + che rimuovono, si comportano elettrogenicamente, il che significa che "scompensano" le cariche elettriche interne, favorendo la produzione del potenziale di membrana caratteristico delle cellule del corpo..
La sua importanza è evidente anche 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'uscita di K +, che la ripolarizza..
Questi movimenti ionici sono possibili grazie al funzionamento delle pompe Na + / K +, che contribuiscono alla produzione dei gradienti chimici che muovono gli ioni coinvolti..
Senza queste pompe, funzionanti in direzione opposta, i gradienti di concentrazione di questi ioni si dissiperebbero e l'attività eccitatoria scomparirebbe..
Un altro aspetto che evidenzia l'estrema importanza delle pompe sodio-potassio è legato alla funzionalità renale, che sarebbe impossibile senza di esse.
La funzionalità renale prevede la filtrazione giornaliera di più o meno 180 litri di plasma e grandi quantità di sostanze, alcune delle quali devono essere escrete, ma molte devono essere riassorbite in modo che non vadano perse attraverso l'urina..
Il riassorbimento di sodio, acqua e molte delle sostanze filtrate dipende da queste pompe, che si trovano nella membrana basolaterale delle cellule che compongono gli epiteli dei diversi segmenti tubulari dei nefroni renali..
Le cellule epiteliali che rivestono i tubuli renali hanno una faccia che è a contatto con il lume del tubulo ed è chiamata faccia apicale, e un'altra che è a contatto con l'interstizio attorno al tubulo e chiamata basolaterale..
L'acqua e le sostanze che vengono riassorbite devono prima passare nella cellula per via apicale e poi nell'interstizio per via basolaterale.
Il riassorbimento di Na + è fondamentale sia in relazione ad esso, sia in relazione a quello dell'acqua ea quello delle altre sostanze che da essa dipendono. L'ingresso apicale di Na + nella cellula richiede che ci sia un gradiente che lo sposti e che implica una concentrazione molto bassa dello ione all'interno della cellula..
Questa bassa concentrazione intracellulare di Na + è prodotta dalle pompe del sodio della membrana basolaterale che lavorano intensamente per rimuovere lo ione dalle cellule nell'interstizio..
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