Pompa sodio-potassio
La pompa sodio-potassio o Na + -K + ATPasi è una proteina transmembrana eterotetramerica la cui attività enzimatica utilizza l'energia dalla degradazione dell'ATP in ADP e fosfato inorganico per trasportare potassio e ioni sodio contro la loro concentrazione in gradiente. Svolge un ruolo nel mantenere il potenziale di riposo delle cellule nervose , dei muscoli e del cuore. La pompa permette di scambiare gli ioni sodio (Na + ) provenienti dal mezzo intracellulare con gli ioni potassio K + provenienti dal mezzo extracellulare in un rapporto preciso (3 Na + / 2 K + ). Questa pompa è responsabile del ripristino dell'equilibrio iniziale dopo un potenziale d'azione .
La digossina e ouabina o strofantina bloccano la pompa del sodio. La digitale e la palitossina hanno lo stesso effetto.
Questa proteina consuma il 20% dell'energia ( ATP ) degli astrociti.
Denominazioni
Il suo nome è Na + -K + ATPase. A volte viene indicato come una pompa del sodio perché è stato inizialmente caratterizzato come responsabile del trasporto di sodio attivo.
Ruolo fisiologico
La pompa del sodio svolge un ruolo essenziale nel mantenere una membrana del potenziale elettrochimico , che è la forza motrice per le molecole di trasporto secondarie "guidate" attraverso i trasportatori di membrana del cotrasporto , dagli ioni sodio verso l'interno della cellula, e dagli ioni potassio verso l'esterno . La corrente di potassio "dispersa" definisce il potenziale di membrana . E nelle cellule eccitabili , il potenziale elettrochimico consente il potenziale d'azione di attivazione e il potenziale postsinaptico che sono i singoli elementi della segnalazione neuronale. Alcune valutazioni stimano che l'energia consumata dalle pompe di sodio per mantenere il potenziale elettrochimico durante l'attività neuronale è la metà dell'energia consumata dal cervello, che rappresenta il 20% del metabolismo a riposo.
Questa pompa consente inoltre di mantenere il volume della cella. Questo dipende dall'idratazione della cellula.
Struttura
La pompa del sodio è composta da diverse subunità:
- la subunità è la subunità catalitica. Dispone di 10 segmenti transmembrana (M1-M10). Sono note quattro isoforme con un peso molecolare distribuito da 110 a 113 kDa.
- l'aur subunità ha più di un ruolo ausiliario, per l' indirizzamento della oligomero , la stabilizzazione della struttura della proteina complessa e partecipare alla idrolisi di ATP. È anche coinvolto nel legame di ouabaina, l'inibitore della pompa del sodio. Ha un segmento transmembrana e un peso molecolare di circa 60 kDa.
- la subunità non è essenziale per l'attività della pompa del sodio. Non è espresso in tutti i tipi di cellule. La sua espressione nelle cellule HEK altera l'affinità della pompa all'ATP e la sua presenza nel nefrone altera l'affinità con gli ioni sodio e potassio. È possibile pensare che altre subunità modificano allo stesso modo le proprietà biofisiche della pompa.
Meccanismo catalitico
La pompa del sodio appartiene alla famiglia delle ATPasi di tipo P, che sono caratterizzate dalla loro capacità di trasportare gli ioni attraverso la membrana utilizzando l'energia dalla degradazione di un ATP. Il meccanismo di trasporto ionico attivo da parte delle ATPasi di tipo P è spiegato dall'alternanza di due stati conformazionali e dall'esistenza di diversi equilibri di affinità tra le specie ioniche, l'ATP e la pompa nei suoi due stati.
- Nello stato E1, la pompa ha una forte affinità con ATP (K d = da 0,1 a 0,2 μM) e con Na + (K d = da 0,19 a 0,26 mM).
- La pompa può quindi essere fosforilata mediante fosfato di ATP. Tre ioni Na + sono bloccati.
- La pompa passa dallo stato E1 allo stato E2. Perde la sua forte affinità per il sodio (K 1/2 = 14 mM) e acquisisce una forte affinità per il potassio (K d 0,1 mM). I tre ioni Na + vengono rilasciati nel mezzo extracellulare,
- e 2 ioni K + si associano alla pompa.
- Il legame del potassio provoca la defosforilazione spontanea della pompa che si blocca in 2 ioni K + .
- L'ATP intracellulare facilita il rilascio di ioni K + , che provoca un cambiamento dallo stato E2 allo stato E1. Mentre l'affinità dell'ATP con la pompa nello stato E2 era molto bassa (K 1/2 = 0,45 mM), diventa di nuovo alta nello stato E1. Il ciclo può ricominciare.
Non dobbiamo dimenticare che ogni volta si tratta di equilibrio chimico. È la giustapposizione di tutti questi stati in una vasta popolazione di canali che si traduce in un flusso netto di ioni Na + verso l'esterno e ioni K + verso l'interno.
Il suo funzionamento dipende dalla temperatura: più quest'ultima aumenta, più è facilitata e questo fino a +50 ° C, oltre che si notano effetti deleteri della temperatura sul funzionamento cellulare.
Note e riferimenti
- "Richieste energetiche della Na + / K + ATPasi negli astrociti dei mammiferi", Ian A Silver.
- Simon B. Laughlin, "L'energia come vincolo alla codifica e all'elaborazione delle informazioni sensoriali", Current Opinion in Neurobiology , 2001.
- "Tre fasi distinte e sequenziali nel rilascio di ioni sodio da parte della Na + / K + -ATPasi" , Nature , n ° 403, pp. 898-901, 2000.
Vedi anche
Bibliografia
- Georgios Scheiner-Bobis, "La pompa del sodio, le sue proprietà molecolari e i meccanismi di trasporto ionico", Eur. J. Biochem. , n ° 269, pagg. 2424-2433, 2002.