ATPase de Na⁺/K⁺

Bomba de Na+/K+
Bomba de sodio-potasio, estado E2-Pi. Os límites de hidrocarburos calculados da bicapa lipídica móstranse en planos azul (intracelular) e vermello (extracelular)
Identificadores
Número EC	3.6.3.9
Bases de datos
IntEnz	vista de IntEnz
BRENDA	entrada de BRENDA
ExPASy	vista de NiceZyme
KEGG	entrada de KEGG
MetaCyc	vía metabólica
PRIAM	perfil
Estruturas PDB	RCSB PDB PDBe PDBj PDBsum
Procura PMC artigos PubMed artigos NCBI Protein procura

A ATPase de Na+
/K+
(sodio-potasio adenosina trifosfatase, ou Na+
/K+
-ATPase, tamén coñecida como bomba de Na+
/K+
ou bomba de sodio-potasio) é un encima co número EC 3.6.3.9 (unha ATPase transmembrana electroxénica) que se encontra na membrana plasmática de todas as células animais. O encima ATPase de Na+
/K+
é unha bomba de solutos que bombea sodio fóra das células á vez que bombea potasio ao interior da célula, ambos en contra dos seus gradientes de concentración. Este bombeo é activo (é dicir, usa enerxía do ATP) e é importante para a fisioloxía celular. Un exemplo da súa aplicación no organismo é a condución nerviosa.

Ten unha actividade similar á dun antiportador, pero como despraza ambas as moléculas contra os seus gradientes de concentración non é un verdadeiro antiportador, o cal sempre necesita que un dos solutos se mova a favor do seu gradiente.

A súa función simple é bombear 3 ións sodio cara a fóra por cada 2 ións potasio que introduce na célula, e como ambos teñen igual carga iónica, isto crea un gradiente electroquímico entre a célula e o exterior. A proteína pode tamén facer que ocorra a operación inversa, empregando así a enerxía almacenada en forma de potencial de campo eléctrico. O proceso inverso é, a diferenza do anterior, espontáneo.

A bomba de sodio é unha proteína de membrana que utiliza enerxía en forma de adenosín trifosfato (ATP) para realizar un transporte activo de ións sodio cara afóra da célula, que se intercambian por ións potasio que entran na célula. Por cada molécula de ATP que usa a bomba, expórtante 3 Na⁺ e impórtantse 2 K⁺, polo que hai unha exportación neta dunha carga positiva en cada ciclo da bomba. Todos os mamíferos teñen catro subtipos de bombas de sodio, ou isoformas, cada unha das cales ten propiedades únicas e padróns de expresións particulares nos tecidos.^[1]

O seu funcionamento foi investigado seguindo o paso de ións etiquetados radioactivamente a través da membrana plasmática de certas células. Atopouse que as concentracións de ións sodio e potasio nos dous lados da membrana son interdependentes, o que suxiría que o mesmo transportador mobilizaba ambos os ións. Este transportador era unha ATPase.

A bomba de sodio-potasio foi descuberta na década de 1950 polo científico danés Jens Christian Skou, mentres estaba traballando como profesor axudante no Departamento de Fisioloxía da Universidade de Aarhus, Dinamarca. Publicou os seus traballos en 1957 .^[2] Este descubrimento supuxo un importante paso adiante no coñecemento de como os ións entran e saen da célula e ten unha especial importancia nas células excitables como as neuronas, que dependen desta bomba para responder aos estímulos e transmitir impulsos. En 1997, Skou recibiu o Premio Nobel de Química compartido "polo primeiro descubrimento dun encima de transporte de ións Na+
, K+
-ATPase."^[3]

A ATPase de Na+
/K+
axuda a manter o potencial de repouso, efectuar o transporte e regular o volume celular.^[4] Tamén funciona como transdutor/integrador de sinais para regular a vía MAPK, as especies reactivas do oxíxeno e o calcio intracelular. Na maioría das células animais, a ATPase de Na+
/K+
é responsable do 20 ao 40% do gasto de enerxía da célula. Nas neuronas esta cifra é de 2/3 do gasto total.^[5]

Para manter o potencial eléctrico das membranas celulares, a célula mentén unha concentración baixa de ións sodio e altos niveis de ións potasio dentro da célula. O mecanismo da bomba de sodio-potasio mobiliza tres ións sodio cara ao exterior e 2 ións potasio cara ao interior, polo que en total retira de forma neta unha carga positiva do espazo intracelular. (Ver Mecanismo para máis detalles).

A exportación de sodio da célula proporciona a forza impulsora para varias proteínas de membrana transportadoras activas secundarias, que importan glicosa, aminoácidos, e outros nutrientes na célula utilizando o gradiente de sodio que se crea.

Outra importante tarefa da bomba de sodio-potasio é proporcionar un gradiente de Na+
que se utiliza en certos procesos de transporte. No intestino, por exemplo, o sodio é transportado desde a célula absorbente intestinal ao fluído intersticial do lado sanguíneo por medio da bomba de Na+
-K+
, mentres que, no lado reabsorbente (luminal), o simportador Na+
-glicosa usa o gradiente creado de Na+
como fonte de enerxía para importar tanto Na+
coma glicosa, o cal é moito máis eficente que unha difusión smple. Procesos similares localízanse no sistema tubular renal.

Unha insuficiencia no funcionamento da bomba de sodio-potasio pode orixinar o inchamento da célula. A osmolaridade dunha célula é a suma das concentracións de varias especies de ións e moitas proteínas e outros compostos orgánicos que hai dentro da célula. Cando esta é maior que a osmolaridade do exterior da célula, a auga flúe ao interior da célula debido á osmose. Isto pode causar que a célula se inche e se lise. A bomba de sodio-potasio axuda a manter as concentracións correctas de ións.

Ademais da clásica función de transporte de ións, desta bomba pode depender tamén a sinalización por unión de ouabaína extracelular na célula por medio da regulación da fosforilación de tirosina nas proteínas. Os sinais augas abaixo da ruta por medio de eventos de fosforilación de proteínas desencadeados pola ouabaína inclúen a activación das fervenzas de sinalización da proteína quinase activada por mitóxeno (MAPK), a produción de especies reactivas do oxíxeno, e a activación da fosfolipase C (PLC) e o receptor de inositol trifosfato (IP3R) en diferentes compartimentos intracelulares.^[6]

As ìnteraccións proteína-proteína xogan un papel moi importante na transdución de sinais mediada pola bomba de sodio-potasio. Por exemplo, esta bomba interacciona directamente con Src, unha non receptor tirosina quinase, para formar un complexo receptor sinalizador.^[7] A Src quinase é inhibida pola bomba de sodio-potasio, mentres que, por medio da unión de ouabaína, o dominio quinase da Src é liberado e despois activado. Baseándose neste escenario, desenvolveuse o NaKtide, un péptido inhibidor de Src derivado da bomba de sodio-potasio, que funciona como unha transdución de sinais mediada por unha bomba de ouabaína-Na+
-K+
funcional.^[8] A bomba de sodio-potasio interacciona tamén coa anquirina, IP3R, PI3K, PLC-gamma e cofilina.^[9]

A bomba de sodio-potasio tamén controla e fixa un modo de actividades intrínsecas das neuronas de Purkinje cerebelares^[10], células mitrais do bulbo olfactorio accesorio^[11] e probablemente outros tipos de neuronas.,^[12] Isto suxire que a bomba podería non ser simplemente unha molécula homeostática de mantemento de gradientes iónicos, senón que podería ser un elemento de computación no cerebelo e cerebro.^[13] De feito, unha mutación na bomba de sodio-potasio causa un comezo rápido do parkinsonismo distónico, que ten síntomas que indican que é unha patoloxía da computación cerebelar.^[14] Ademais, un bloqueo por ouabaína das bombas de sodio-potasio no cerebelo dun rato vivo orixinan que este presente ataxia e distonía.^[15] O alcohol inhibe as bombas de sodio-potasio no cerebelo e probablemente isto é o modo como se corrompe a computación cerebelar e a coordinación do corpo.^[16][17] Demostrouse que a bomba de sodio-potasio en axóns mielinizados no cerebro humano está distribuída ao longo do axolema internodal e non no axolema nodal como se pensaba previamente.^[18]

A bomba funciona coa seguinte secuencia de acontecementos:

• Á bomba, únese primeiro unha molécula de ATP e despois 3 ións Na+
  intracelulares.^[4]
• Hidrolízase o ATP, o que orixina a fosforilación da bomba nun residuo de aspartato moi conservado e a liberación do ADP.
• Un cambio conformacional na bomba expón os ións Na+
  ao exterior da célula. A forma fosforilada da bomba ten unha baixa afinidade polos ións Na+
  , polo que son liberados.
• Á bomba únense 2 ións K+
  extracelulares. Isto causa a desfosforilación da bomba, reverténdoa ao seu estado conformacional previo, transportando os ións K+
  ao interior da célula.
• A forma non fosforilada da bomba ten unha maior afinidade polos ións Na+
  que polos ións K+
  , e os 2 ións K+
  unidos son liberados. O ATP únese á bomba de novo e o proceso empeza outra vez.

A ATPase de Na+
/K+
está regulada á alza polo AMPc.^[19] Así, as substancias que causan un incremento no AMPc regulan á alza a ATPase de Na+
/K+
. Estes inclúen os ligandos do GPCR acoplados á G_s. En contraste, as substancias que causan un decrecemento no AMPc regulan á baixa a ATPase de Na+
/K+
. Entre estas están os ligandos do GPCR acoplados á G_i.

A ATPase de Na+
-K+
pode ser farmacoloxicamente modificada administrando fármacos exoxenamente.

Por exemplo, a ATPase de Na+
-K+
que se encontrou na membrana das células do corazón é unha diana importante dos glicósidos cardíacos (por exemplo a digoxina e a ouabaína), drogas inotrópicas usadas para mellorar o rendemento do corazón incrementando a forza de contracción.

A contración muscular dependente de que se xere unha concentración de Ca2+
de 100 a 10 000 veces maior que no repouso, que está causada pola liberación de Ca2+
das células musculares do retículo sarcoplásmico. Inmediatamente despois da contracción muscular, o Ca2+
intracelular volve rapidamente á súa concentración normal por un encima transportador nunha membrana plasmática, e unha bomba de calcio no retículo sarcoplásmico, causando a relaxación do músculo.

Como o encima transportador (translocador de Na+
-Ca2+
) usa o gradiente de Na xerado pola bomba de Na+
-K+
para retirar o Ca2+
do espazo intracelular, o feito de diminuír a actividade da bomba de Na+
-K+
ten como resultado un nivel permanentemente elevado de Ca2+
no músculo, que pode ser o mecanismo dun efecto inotrópico a longo prazo dos glicósidos cardíacos como a digoxina.

• Alfa: ATP1A1[1], ATP1A2[2], ATP1A3[3], ATP1A4[4]. #1 predomina no ril. #2 tamén se denomina "alfa(+)"
• Beta: ATP1B1[5], ATP1B2, ATP1B3[6], ATP1B4

• Hormona tiroide
• V-ATPase

• Sodium, Potassium ATPase Medical Subject Headings (MeSH) na Biblioteca Nacional de Medicina dos EUA.
• RCSB Protein Data Bank : Sodium-Potassium PumpArquivado 06 de agosto de 2011 en Wayback Machine.
• vídeo Khan Academy.