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Bomba de sodio-potasio

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Según tengo entendido, en la bomba de sodio-potasio tenemos Na+ dentro de la celda y K+ fuera de la celda, formando así un llamado "plátano salado". Después de leer mi libro de texto, encontré muchas declaraciones que decían que "los iones de potasio tienden a difundirse fuera de la célula ... los iones de sodio tienden a fluir hacia la célula". Inicialmente pensé que cuando el potencial de acción golpea a Na+ sale de la celda y K+ entra en la celda, lo que para mí contradice la afirmación anterior.

¿Alguien puede aclarar esto y diferenciar entre los dos? Estoy tratando de comprender el proceso del potencial de acción en su conjunto.

Gracias !


Su confusión es causada por la suposición de que Na+ siempre sale de la celda y K+ siempre entra. Entonces un+/ K+ La bomba está ahí para mantener el potencial de membrana y el Na relativo+ y K+ concentraciones de iones estables en el interior. Cuando se genera un potencial de acción (AP), los canales de sodio se abren y el sodio se precipita al interior para despolarizar la célula (primera fase de AP). A continuación, los canales de sodio se cierran y K+ comienza a salir de la celda (ya que el interior de la celda contiene demasiadas cargas positivas y la celda permanecería despolarizada si no se cambia nada). El potasio sale a través de canales de fuga. Entonces, en resumen, Na+/ K+ bomba y los canales que forman parte de la generación de AP dan como resultado un movimiento diferente de Na+ y K+ a través de la membrana celular.

Aquí hay una buena reseña de Na+/ K+ bomba y generación de potencial de acción. https://www.khanacademy.org/science/biology/human-biology/neuron-nervous-system/v/sodium-potásico-pump


Na + / K + -ATPasa

Na⁺ / K⁺-ATPasa (adenosina trifosfatasa de sodio y potasio, también conocida como Bomba de Na⁺ / K⁺ o bomba de sodio-potasio) es una enzima (una ATPasa transmembrana electrogénica) que se encuentra en la membrana de todas las células animales. Realiza varias funciones en fisiología celular.

La enzima Na⁺ / K⁺-ATPasa está activa (es decir, utiliza energía del ATP). Por cada molécula de ATP que utiliza la bomba, se exportan tres iones de sodio y se importan dos iones de potasio, por lo que hay una exportación neta de una sola carga positiva por ciclo de bomba.

La bomba de sodio-potasio fue descubierta en 1957 por el científico danés Jens Christian Skou, quien recibió el Premio Nobel por su trabajo en 1997. Su descubrimiento marcó un importante paso adelante en la comprensión de cómo los iones entran y salen de las células, y tiene un significado particular para las células excitables como las células nerviosas, que dependen de esta bomba para responder a los estímulos y transmitir impulsos.

Todos los mamíferos tienen cuatro subtipos o isoformas diferentes de bombas de sodio. Cada uno tiene propiedades y patrones de expresión de tejidos únicos. [1] Esta enzima pertenece a la familia de las ATPasas de tipo P.


¿Cómo funciona la bomba de sodio-potasio?

La bomba de sodio-potasio utiliza transporte activo para mover moléculas de una concentración alta a una concentración baja.

Explicación:

La bomba de sodio-potasio utiliza transporte activo para mover moléculas de una concentración alta a una concentración baja.

La bomba de sodio-potasio mueve los iones de sodio y los iones de potasio hacia la célula. Esta bomba funciona con ATP. Por cada ATP que se descompone, se mueven 3 iones de sodio y entran 2 iones de potasio.

Con más detalle:
Los iones de sodio se unen a la bomba y un grupo fosfato del ATP se adhiere a la bomba, lo que hace que cambie de forma. En esta nueva forma, la bomba libera los tres iones de sodio y ahora une dos iones de potasio. Una vez que los iones de potasio se unen a la bomba, el grupo fosfato se desprende. Esto, a su vez, hace que la bomba libere los dos iones de potasio en el citoplasma. El video muestra este proceso con una animación y texto.


¿Qué es el transporte activo?

Algunas sustancias pueden entrar o salir de una célula a través de la membrana plasmática sin necesidad de energía porque se mueven de un área de mayor concentración a un área de menor concentración. Este tipo de transporte se llama transporte pasivo como aprendiste en la última sección. Otras sustancias requieren energía para atravesar una membrana plasmática a menudo porque se mueven de un área de menor concentración a un área de mayor concentración. Este tipo de transporte se llama transporte activo. La energía para el transporte activo proviene de la molécula transportadora de energía llamada ATP (trifosfato de adenosina). El transporte activo también puede requerir proteínas de transporte, como las proteínas transportadoras, que están incrustadas en la membrana plasmática. Dos tipos de transporte activo son el transporte por bomba y el transporte de vesículas.

Existen dos mecanismos de bombeo (transporte activo primario y secundario) para el transporte de material y macromoléculas de bajo peso molecular. los transporte activo primario mueve iones a través de una membrana y crea una diferencia de carga a través de esa membrana. El sistema de transporte activo primario utiliza ATP para mover una sustancia, como un ión, al interior de la célula y, a menudo, al mismo tiempo, se saca una segunda sustancia de la célula. los bomba de sodio-potasio es un mecanismo de transporte activo que mueve los iones de sodio fuera de la célula y los iones de potasio hacia las células y mdash en todos los billones de células del cuerpo. Ambos iones se mueven de áreas de menor a mayor concentración, por lo que se necesita energía para este proceso "cuesta arriba". La energía es proporcionada por ATP. La bomba de sodio-potasio también requiere proteínas transportadoras. Las proteínas portadoras se unen a iones o moléculas específicas y, al hacerlo, cambian de forma. A medida que las proteínas transportadoras cambian de forma, transportan los iones o moléculas a través de la membrana. La Figura ( PageIndex <2> ) muestra con mayor detalle cómo funciona la bomba de sodio-potasio y las funciones específicas que desempeñan las proteínas transportadoras en este proceso.

Figura ( PageIndex <2> ): La bomba de sodio-potasio. La bomba de sodio-potasio mueve los iones de sodio (Na (^ <+> )) fuera de la célula y los iones de potasio (K (^ <+> )) hacia la célula. Primero, tres iones de sodio se unen a una proteína transportadora en la membrana celular. Luego, la proteína transportadora recibe un grupo fosfato del ATP. Cuando el ATP pierde un grupo fosfato, se libera energía. La proteína transportadora cambia de forma y, al hacerlo, bombea los tres iones de sodio fuera de la célula. En ese momento, dos iones de potasio se unen a la proteína transportadora. El proceso se invierte y los iones de potasio se bombean al interior de la célula.

Para apreciar la importancia de la bomba de sodio y potasio, necesita saber más sobre las funciones del sodio y el potasio en el cuerpo. Ambos son minerales dietéticos esenciales, lo que significa que debe obtenerlos en los alimentos que consume. Tanto el sodio como el potasio también son electrolitos, lo que significa que se disocian en iones (partículas cargadas) en solución, lo que les permite conducir la electricidad. Las funciones corporales normales requieren un rango muy estrecho de concentraciones de iones de sodio y potasio en los fluidos corporales, tanto dentro como fuera de las células.

  • El sodio es el ión principal del líquido que se encuentra fuera de las células. Las concentraciones normales de sodio son aproximadamente 10 veces más altas en el exterior que en el interior de las células.
  • El potasio es el ion principal del líquido dentro de las células. Las concentraciones normales de potasio son unas 30 veces más altas en el interior que en el exterior de las células.

Estas diferencias de concentración crean un gradiente eléctrico a través de la membrana celular, llamado potencial de membrana. los transporte activo secundario describe el movimiento de material utilizando la energía del gradiente electroquímico establecido por el transporte activo primario. Utilizando la energía del gradiente electroquímico creado por el sistema de transporte activo primario, otras sustancias como los aminoácidos y la glucosa pueden introducirse en la célula a través de los canales de la membrana. El propio ATP se forma a través del transporte activo secundario utilizando un gradiente de iones de hidrógeno en la mitocondria. El control estricto del potencial de membrana es fundamental para las funciones vitales del cuerpo, incluida la transmisión de impulsos nerviosos y la contracción de los músculos. Un gran porcentaje de la energía del cuerpo se destina a mantener este potencial a través de las membranas de sus billones de células con la bomba de sodio-potasio.

Transporte de vesículas

Algunas moléculas, como las proteínas, son demasiado grandes para atravesar la membrana plasmática, independientemente de su concentración dentro y fuera de la célula. Moléculas muy grandes atraviesan la membrana plasmática con un tipo diferente de ayuda, llamado transporte de vesículas. El transporte de vesículas requiere energía, por lo que también es una forma de transporte activo. Hay dos tipos de transporte de vesículas: endocitosis y exocitosis.

Endocitosis

Endocitosis es un tipo de transporte de vesículas que mueve una sustancia al interior de la célula. La membrana plasmática envuelve completamente la sustancia, una vesícula se desprende de la membrana y la vesícula lleva la sustancia al interior de la célula. Es utilizado por todas las células del cuerpo porque la mayoría de las sustancias importantes para ellas son polares y están formadas por moléculas grandes, por lo que no pueden atravesar la membrana plasmática hidrófoba. Cuando una célula entera u otra partícula sólida es engullida, el proceso se llama fagocitosis. Cuando el fluido es engullido, el proceso se llama pinocitosis. Cuando el contenido se absorbe específicamente con la ayuda de receptores en la membrana plasmática, se denomina endocitosis mediada por receptores.

Figura ( PageIndex <3> ): (A la derecha) La fagocitosis es cuando la membrana plasmática envuelve una partícula sólida fuera de la célula usando proyecciones llamadas pseudópodos. Luego, la membrana se pellizca para formar un fagosoma (vacuola alimenticia). (Medio) La pinocitosis ocurre cuando la membrana se pliega para formar una vesícula que transporta sustancias disueltas en el líquido extracelular. (A la izquierda) La endocitosis mediada por receptores se produce cuando los receptores de la membrana plasmática se unen a partículas específicas. La región del hoyo recubierta de la membrana forma una vesícula recubierta que contiene los receptores con sus partículas unidas.

Una variación dirigida de la endocitosis emplea proteínas de unión en la membrana plasmática que son específicas para ciertas sustancias. Las partículas se unen a las proteínas y la membrana plasmática se invagina, llevando la sustancia y las proteínas al interior de la célula. Si pasa a través de la membrana del objetivo de endocitosis mediada por receptores es ineficaz, no se eliminará de los fluidos tisulares ni de la sangre. En cambio, permanecerá en esos fluidos y aumentará su concentración. Algunas enfermedades humanas son causadas por un fallo de la endocitosis mediada por receptores. Por ejemplo, la forma de colesterol denominada lipoproteína de baja densidad o LDL (también conocida como colesterol "ldquobad") se elimina de la sangre mediante endocitosis mediada por receptores. En la hipercolesterolemia familiar de la enfermedad genética humana, los receptores de LDL están defectuosos o faltan por completo. Las personas con esta afección tienen niveles de colesterol en sangre que amenazan la vida porque sus células no pueden eliminar la sustancia química de la sangre.

Exocitosis

Exocitosis es un tipo de transporte de vesículas que saca una sustancia de la célula. Una vesícula que contiene la sustancia se mueve a través del citoplasma hasta la membrana celular. Luego, la membrana de la vesícula se fusiona con la membrana celular y la sustancia se libera fuera de la célula.

Figura ( PageIndex <4> ): La exocitosis es muy parecida a la endocitosis a la inversa. El material destinado a la exportación se empaqueta en una vesícula dentro de la célula. La membrana de la vesícula se fusiona con la membrana celular y el contenido se libera al espacio extracelular.


Modulación de la Na, K-ATPasa por iones de magnesio

Desde el comienzo de las investigaciones de la Na, K-ATPasa, es bien sabido que el Mg 2+ es un cofactor esencial para la activación de la hidrólisis enzimática del ATP sin ser transportado a través de la membrana celular. Además, se ha recopilado evidencia experimental a lo largo de los años que muestra que los iones Mg 2+ tienen un efecto regulador sobre el transporte de iones al interactuar con el lado citoplasmático de la bomba de iones. Nuestros experimentos nos permitieron revelar el mecanismo subyacente. El Mg 2+ puede unirse a un sitio fuera del dominio de membrana de la subunidad α de la proteína, cerca de la entrada del canal de acceso a los sitios de unión de iones, modificando así la concentración local de iones en el electrolito, de los cuales Na +, K + y H + son de interés fisiológico. La disminución de la concentración de estos cationes puede explicarse por la interacción electrostática y estimarse mediante la teoría de Debye-Hückel. Este efecto provoca la aparente reducción observada de la afinidad de unión de los sitios de unión de la Na, K-ATPasa en presencia de diversas concentraciones de Mg 2+. Sin embargo, la presencia del Mg 2+ unido no afecta la cinética de reacción de la función de transporte de la bomba de iones. Por lo tanto, se podrían realizar experimentos de flujo detenido para obtener la primera idea de la cinética de unión de Na + en el lado citoplásmico mediante experimentos de salto de concentración de Mg 2+.


Funciones de la bomba de sodio-potasio:

La bomba de sodio-potasio es una proteína esencial de la membrana celular que funciona bombeando tres iones de sodio y tomando. En dos iones de potasio. Este mecanismo preserva el gradiente electroquímico formado a partir de las concentraciones variables de iones de sodio y potasio dentro de la celda y su exterior.

La bomba de sodio-potasio, también llamada Na, K-ATPasa, es responsable del transporte activo. Este procedimiento requiere energía para transferir los iones de sodio y también de potasio dentro y fuera de los materiales celulares. El trifosfato de adenosina, o ATP, es la molécula transportadora de alta energía que puede ser el método principal para obtener esta energía requerida. Siempre que el ATP sufre hidrólisis, la energía distribuida por sus enlaces cambia la forma y también la composición de la bomba de sodio-potasio. Permitir que la bomba continúe con los iones sodio y potasio a través de las membranas celulares.


Conozca todos los puntos sobre la bomba de sodio y potasio (Na + K + ATPasa) y el concepto sobre el potencial de la membrana en reposo con detalles

Tres partículas de sodio del interior de la célula se unen primero a la proteína vehículo. En ese momento, un grupo de fosfato se mueve del ATP a la proteína del vehículo, lo que hace que cambie de forma y envíe las partículas de sodio al exterior de la célula. Dos partículas de potasio del exterior de la célula en ese punto se unen a la proteína vehículo y, a medida que se extrae el fosfato, la proteína espera su forma única y libera las partículas de potasio dentro de la célula.

En caso de que el sifón continúe sin control, no quedarían partículas de sodio o potasio para extraer, pero también hay desviaciones de partículas de sodio y potasio en la capa. Estos canales se cierran regularmente, pero en cualquier caso, cuando se cierran, & # 8220s derrama & # 8221, permitiendo que las partículas de sodio se derramen y las partículas de potasio se derramen, por sus inclinaciones de fijación individuales.

Centralización de partículas dentro y fuera de la neurona muy quieta:

Concentración de iones dentro de la celda / mmol dm-3 Concentración fuera de la celda / mmol dm-3 ¿Por qué las partículas no descienden por su pendiente de fijación?

K + 150.0 2.5 Las partículas de K + no se mueven fuera de la neurona hacia abajo en su ángulo de enfoque debido al desarrollo de cargas positivas fuera de la capa. Esto repele el desarrollo de más partículas de K + fuera de la célula.

Las partículas de cloruro no se mueven hacia el citoplasma ya que los átomos de proteína cargados negativamente que no pueden cruzar la capa superficial los repelen.

La mezcla del sifón de Na + K + ATPasa y los canales de los orificios provocan una incomodidad constante de las partículas de Na + y K + sobre la película. Esta incomodidad de las partículas causa una distinción esperada (o voltaje) entre el neuroma y sus factores ambientales, llamado potencial de capa en reposo. El potencial de la película es constantemente negativo dentro de la célula y cambia de tamaño de - 20 a - 200 mV (milivoltios) en varias células y especies (en las personas es - 70 mV).

Se cree que la Na + K + ATPasa se desarrolló como un osmorregulador para mantener el agua interior posible en alto y así evitar que el agua entre en las células de las criaturas y las destruya. Las células vegetales no necesitan molestarse con esto, ya que tienen divisores de células sólidas para prevenir explosiones.


Explicación de la bomba de sodio y potasio

En este mismo momento, existe una red diversificada de impulsos nerviosos que recorren la anatomía humana. Sin embargo, ninguno de estos movimientos complejos es posible sin la ayuda de la bomba de sodio-potasio porque está diseñada específicamente para transportar proteínas que se encuentran dentro de las membranas celulares. Las membranas celulares son barreras externas semipermeables de la mayoría de las células del interior del cuerpo.

Función

La función principal de la bomba de sodio-potasio es impulsar los iones de potasio dentro de la célula y, al mismo tiempo, extraer los iones de sodio de la célula. Debido a esta complejidad, la bomba de sodio-potasio es aclamada como uno de los procesos más críticos dentro del cuerpo porque sin ella, las señales eléctricas no serán posibles y las células eventualmente se deteriorarán.

La bomba de sodio-potasio es notable en las células nerviosas, en los riñones y también juega un papel importante en las contracciones del corazón y la presión arterial. Hay que agradecer a la bomba de sodio y potasio el latido constante del corazón.


Despolarización en los músculos cardíacos

Al igual que los músculos esqueléticos y lisos, la despolarización de los músculos cardíacos también va acompañada de su contracción. Estos músculos están excitados por el potencial de acción que viaja en el sistema conductor del corazón.

Los músculos cardíacos están conectados entre sí, así como las células del sistema conductor del corazón a través de uniones gap. Estas uniones gap sirven como sinapsis eléctricas que permiten que los iones fluyan fácilmente entre las células.

Cuando estos músculos se excitan, se abren los canales de sodio. El influjo de iones de sodio en las células provoca un pico de despolarización en estos músculos. Una vez que termina el pico, se abren los canales de potasio. Mientras tanto, los canales de calcio también se abren, lo que da como resultado la fase de meseta de despolarización. Esta fase termina cuando se cierran los canales de calcio.

Así, en el caso del músculo cardíaco, la despolarización es causada por la entrada de iones de sodio y de calcio. Los iones de calcio que fluyen hacia la célula durante la etapa de meseta son necesarios para el proceso de contracción. Además, la despolarización de la célula también libera iones de calcio del retículo sarcoplásmico. Estos iones de calcio también son necesarios para la contracción de los músculos cardíacos.


Resumen de la sección

El gradiente combinado que afecta a un ion incluye su gradiente de concentración y su gradiente eléctrico. Un ión positivo, por ejemplo, puede tender a difundirse en una nueva área, por su gradiente de concentración, pero si se difunde en un área de carga neta positiva, su difusión se verá obstaculizada por su gradiente eléctrico. Cuando se trata de iones en soluciones acuosas, se debe considerar una combinación de gradientes electroquímicos y de concentración, en lugar de solo el gradiente de concentración. Las células vivas necesitan ciertas sustancias que existen dentro de la célula en concentraciones mayores que las que existen en el espacio extracelular. Mover sustancias por sus gradientes electroquímicos requiere energía de la celda. El transporte activo utiliza energía almacenada en ATP para alimentar este transporte. El transporte activo de materiales de tamaño molecular pequeño utiliza proteínas integrales en la membrana celular para mover los materiales: estas proteínas son análogas a las bombas. Algunas bombas, que realizan transporte activo primario, se acoplan directamente al ATP para impulsar su acción. En el cotransporte (o transporte activo secundario), la energía del transporte primario se puede utilizar para mover otra sustancia al interior de la célula y ascender por su gradiente de concentración.


Ver el vídeo: Sodium-Potassium Pump- How and Why (Agosto 2022).