Qual a relação da bomba de Na+ K com o estabelecimento do potencial elétrico da membrana celular?

A Bomba de Sódio e Potássio tem um papel importante na manutenção do potencial de repouso das células nervosas, musculares e cardíacas.

Ela permite a troca de íons de sódio (Na+), oriundos do meio intracelular, por íons de potássio (K+), oriundos do meio extracelular, numa relação precisa (3 Na+/2 K+).

ABomba de Sódio e Potássio (Na+/ K+ ATPase) é uma proteína transmembrana cuja atividade enzimática utiliza a energia proveniente da degradação do ATP em ADP e fosfato inorgânico para transportar íons de potássio e sódio contra os respectivos gradientes de concentração.

A bomba é responsável pelo restabelecimento do equilíbrio inicial após um potencial de ação. Como a membrana celular é muito menos permeável ao sódio do que ao potássio, desenvolve-se um potencial eléctrico positivo.

O gradiente de concentração e elétrico estabelecido pela bomba de sódio suporta não só o potencial eléctrico de repouso da célula mas também os potenciais de ação em células nervosas e musculares.

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A célula precisa de baixa concentração de íons de sódio e de elevada concentração de íons de potássio no seu interior para manter o potencial elétrico.

Vídeo: Como funciona a Bomba de Sódio e Potássio

Fora das células existe uma alta concentração de sódio e uma baixa concentração de potássio, pois existe difusão destes componentes através de canais iônicos existentes na membrana celular.

Para manter as concentrações ideais dos dois íons, a bomba de sódio bombeia sódio para fora da célula e potássio para dentro dela. Esse transporte é realizado contra os gradientes de concentração desses dois íons, o que ocorre graças à energia liberada pela quebra da molécula de ATP.

Transporte ativo – Bomba de Sódio e Potássio

É o tráfego de moléculas através da membrana plasmática, contra o gradiente de concentração (de locais onde estão menos concentradas para onde encontram-se mais concentradas).

Tal fenômeno é possível graças à presença de proteínas específicas na membrana plasmática que, com o gasto de energia, são capazes de se combinar com a substância ou íon e transportá-lo para a região em que está mais concentrado.

Para que isso ocorra, a proteína sofre uma mudança em sua forma para receber a substância ou o íon. A energia necessária a esta mudança é proveniente da quebra da molécula de ATP (adenosina trifosfato) em ADP (adenosina difosfato) e fosfato.

Etapas da Bomba de Sódio e Potássio

• A bomba, ligada ao ATP, liga-se a 3 íons de Na+ intracelulares.
• O ATP é hidrolisado, levando à fosforilação da bomba e à libertação de ADP.
• Essa fosforilação leva a uma mudança conformacional da bomba, expondo os íons de Na+ ao exterior da membrana. A forma fosforilada da bomba, por ter uma afinidade baixa aos íons de sódio, liberta-os para o exterior da célula.
• À bomba ligam-se 2 íons de K+ extracelulares, levando à desfosforilação da bomba.
• O ATP liga-se e a bomba reorienta-se para libertar os íons de potássio para o interior da célula: a bomba está pronta para um novo ciclo.

H+-ATPases (ATP fosfo-hidrolase) são proteínas integrais de membrana que utilizam a energia liberada na hidrólise do ATP para bombear prótons ativamente para o apoplasto ou para o vacúolo, de modo a controlar o pH citossólico. Dois tipos de ATPase’s, uma na plasmalema e uma outra no tonoplasto, e uma pirofosfatase inorgânica (utiliza a energia liberada na hidrólise do PPi) no tonoplasto, geram a força protomotriz para o transporte de solutos. Essas ATPase’s atuam no sentido de remover prótons do citossol, bombeando-os para o vacúolo ou para a parede celular. A operação dessas bombas extrusoras de prótons produz três efeitos importantes: aumento do pH no citossol, apesar de esse incremento ser de magnitude relativamente pequena, na medida em que há sistemas de tamponamento contra a perda de H+; redução do pH da parede celular (~5,5) e do vacúolo (4,5 a 5,9), contra valores de 7,3 a 7,6 no citossol, em razão da baixa capacidade tamponante daqueles compartimentos, e; o citossol torna-se eletronegativo em relação à parede e ao vacúolo, uma vez que ele libera H+, mas retém OH–. Em adição, há evidências da presença de ATPase’s que medeiam o contra-transporte de Ca2+/H+ (Ca2+ para a parede celular ou para o vacúolo e H+ para o citossol).

A operação das ATPase’s resulta, portanto, no estabelecimento de gradientes de µ e de pH. Apesar de esses gradientes não interferirem na absorção de moléculas neutras, eles desfavorecem grandemente a absorção de ânions. No entanto, o aumento na concentração protônica da parede celular (cerca de 100 vezes maior que a do citossol) favorece a reabsorção passiva de H+ no citossol, que ocorre a taxas muito baixas através da membrana plasmática, a menos que H+ se combine com um carregador ou mova-se através de um canal. Nesses carregadores, H+ geralmente é transportado para dentro da célula com um ânion acompanhante (co-transporte ousimporte). Nessa situação, H+ move-se a favor de seu gradiente de µ, enquanto o ânion é transportado ativamente. A estequiometria do co-transporte H+/ânion não está ainda estabelecida, mas acredita-se que mais de um próton seja transportado por cada carga negativa. A absorção passiva de H+ pode também ser usada para transportar, simultaneamente, cátions para o exterior celular (contra-transporte ou antiporte). Antiporte de Na+, por exemplo, é importante para as células radiculares eliminarem esse íon do citossol, especialmente quando a planta cresce em solos salinos.

No tonoplasto, a operação da H+-ATPase e da PPiase permite o armazenamento de íons e moléculas que podem ser recuperados pelo citossol quando necessário. Provavelmente, cátions são contra-transportados com H+, e ânions movem-se por uniporte, uma vez que o vacúolo é positivamente carregado em relação ao citossol. Há evidências também de que ânions possam ser contra-transportados com prótons nos vacúolos.

Figura 1: Mecanismo de funcionamento de uma bomba de íons. Esse tipo de proteína transportadora utiliza a energia diretamente acoplada a mesma, bombeando o íon contra um gradiente de concentraçãoEx: H+-ATPase, H+/Ca2+-AtPase e PPiase). (Motta, F. 2000)

Transporte Através de Carregadores e Canais

Carregadores e canais utilizam o gradiente de µ gerado pelas bombas extrusoras de prótons para transportar solutos passivamente através das membranas. Carregadores são proteínas integrais que ligam-se especificamente a um ou a muito poucos solutos relacionados. Provavelmente, sofrem uma mudança conformacional que facilita o transporte do soluto.

Figura 2 : Esquema do funcionamento de proteínas carregadoras, as quais utilizam o grandiente de prótons criado pelas bombas iônicas. Dois tipos de carregadores são apresentados: simporter, quando o transporte dos dois íons ocorre em uma mesma direção, ou antiporter, quando o transporte dos dois íons ocorre em direções opostas. Ex: triose/Pi, piruvato/ADP, sacarose/H ((Motta, F. 2000).

Canais são também proteínas integrais de membranas, coexistindo em duas conformações, “aberta” ou “fechada”, tendo, portanto, a faculdade de regular o fluxo de solutos, na medida em que a sua conformação é alterada. Canais permitem um rápido transporte passivo (uniporte), a taxas (106 a 108 íons por segundo) até cinco vezes maiores que aquelas observadas em carregadores. Até o presente, já foram identificados canais específicos para K+, Ca2+, H+ e Cl–, e postula-se a ocorrência de um canal para nitrato no tonoplasto. Entretanto, canais iônicos permanecem fechados na maior parte do tempo, e seu número por célula parece ser pequeno.

Figura 3: Estrutura de um canal de potássio, apresentando dois de seus peptídeos constituintes: suunidade alfa e beta. O portão do canal é aberto de acordo com um potencial elétrico de membrana, o qual é então o resultado também da ação de uma bomba iônica. Ex: canais de potássio, malato, e cloro (Motta, F. 2000).

Qual a relação da bomba de Na+ K com o estabelecimento do potencial elétrico da membrana celular?

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