La
bomba sodio-potasio consta de dos proteínas globulares distintas: una de mayor
tamaño denominada subunidad alfa, que tiene un peso molecular de
aproximadamente 100.000, y una más pequeña denominada subunidad beta, que tiene
un peso molecular de aproximadamente 55.000. Esta última no tiene función
conocida salvo que podría anclar el complejo proteico a la membrana lipídica, y
la de mayor tamaño tiene tres características específicas que son importantes
para el funcionamiento de la bomba:
1. Tiene tres puntos receptores
para la unión de iones sodio en la porcíon de la proteína que protruye hacia el
interior de la célula.
2. Tiene dos puntos receptores
para iones potasio en el exterior.
3. La porción interior de esta
proteína cerca de los puntos de unión al sodio tiene actividad ATPasa.
El
funcionamiento de la bomba es el siguiente: cuando dos iones potasio se unen al
exterior de la proteína transportadora y tres iones sodio se unen al interior
se activa la función ATPasa de la proteína la cual escinde una molécula de ATP,
dividiéndola en ADP y liberando un enlace de energía de fosfato de alta
energía. Se cree que esta energía liberada produce un cambio químico y
conformacional en la molécula transportadora proteica, transportando los tres
iones sodio hacia el exterior y los dos iones potasio hacia el interior.
La
bomba sodio-potasio ATPasa puede funcionar además a la inversa. Si se aumentan
experimentalmente los gradientes electroquímicos de sodio y de potasio lo
suficiente como para que la energía que se almacena en sus gradientes sea mayor
que la energía química de la hidrólisis del ATP, estos iones se desplazarán
según sus gradientes de concentración y la bomba sodio-potasio sintetizará ATP
a partid de ADP y fosfato. Por tanto, la forma fosforilada de la bomba
sodio-potasio puede donar su fosfato al ADP para producir ATP o puede utilizar
la energía para modificar su conformación y bombear sodio fuera de la célula
y potasio hacia el interior de la célula. Por tanto, las concentraciones
relativas de ATP, ADP y fosfato, así como los gradientes electroquímicos de
sodio y potasio, determinan la dirección de la reacción enzimática. En algunas
células como las células nerviosas eléctricamente activas, del 60% al 70% de
las necesidades de energía de las células puede estar dedicada a bombear sodio
fuera de la célula y potasio hacia el interior de la célula.
Una
de las funciones más importantes de la bomba sodio-potasio es controlar el
volumen de todas las células. Sin la función de esta bomba la mayor parte de
las células del cuerpo se hincharía hasta explotar. El mecanismo para controlar
el volumen es el siguiente: en el interior de la célula hay grandes cantidades
de proteínas y de otras moléculas orgánicas que no pueden escapar de la célula.
La mayor parte de ellas tiene carga negativa y, por tanto, atrae grandes
cantidades de potasio, sodio y también de otros iones positivos.
Todas
estas moléculas e iones producen ósmosis de agua hacia el interior de la
célula. Salvo que este proceso se detenga, la célula se hinchará
indefinidamente hasta que explote. El mecanismo normal para impedirlo es la
bomba sodio-potasio. Obsérvese de nuevo que este dispositivo bombea tres iones
sodio hacia el exterior de la célula por cada dos iones potasio que bombea
hacia el interior. Además, la membrana es mucho menos permeable a los iones
sodio que a los iones potasio, de modo que una vez que los iones sodio están en
el exterior tienen una intensa tendencia a permanecer ahí. Así, esto representa
una pérdida neta de iones hacia el exterior de la célula, lo que inicia también
la ósmosis de agua hacia el exterior de la célula.
Si
una célula comienza a hincharse por cualquier motivo, esto automáticamente
activa la bomba sodio-potasio, moviendo aún más iones hacia el exterior y
transportando agua con ellos. Por tanto, la bomba sodio-potasio realiza una
función continua de vigilancia para mantener el volumen celular normal.
El
hecho de que la bomba sodio-potasio desplace tres iones sodio hacia el exterior
por cada dos iones potasio que desplaza hacia el interior significa que se
desplaza una carga positiva neta desde el interior de la célula hasta el
exterior en cada ciclo de bombeo. Esto genera positividad en el exterior de la
célula, aunque deja un déficit de iones positivos en el interior de la célula;
es decir, produce negatividad en el interior. Por tanto, se dice que la bomba
sodio-potasio es electrógena porque genera un potencial eléctrico a través de
la membrana celular. Ese potencial eléctrico es requisito básico en las fibras
nerviosas y musculares para transmitir señales nerviosas y musculares.
Como
se ha dicho antes, la bomba sodio-potasio contribuye en gran medida al
potencial de reposo. Hay un bombeo contínuo de tres iones sodio hacia el
exterior por cada dos iones potasio que se bombean hacia el interior de la
membrana. El hecho de que bombeen más iones sodio hacia el exterior que iones
potasio hacia el interior da lugar a una pérdida continua de cargas positivas
desde el interior de la membrana; esto genera un grado adicional de negatividad
(aproximadamente -4mV) en el interior. La
administración de fármacos digitálicos inhibe esta bomba de sodio-potasio
ATPasa, muy empleados en el tratamiento de la insuficiencia cardíaca.
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