La bomba de sodio-potasio (también conocida como bomba de Na+/K+ o Na+/K+-ATPasa) es una bomba de proteínas que se encuentra en la membrana celular de las neuronas (y otras células). Su función principal es transportar iones de sodio fuera de la célula e iones de potasio hacia el interior de la célula. Para comprender por qué este es un mecanismo fisiológico importante en las neuronas, primero debemos hablar un poco sobre las concentraciones de iones dentro y fuera de las neuronas, y por qué mantener esta concentración es importante para el funcionamiento de las neuronas.
Iones, potencial de membrana y potenciales de acción
Los iones son átomos que han ganado o perdido electrones y, por lo tanto, tienen una carga positiva o negativa. Hay muchos iones diferentes que se encuentran en el cuerpo humano, pero varios juegan específicamente un papel importante en la función de las neuronas. Estos incluyen iones de sodio con carga positiva, iones de potasio con carga positiva, iones de cloruro con carga negativa y una variedad de otros iones con carga negativa, a veces denominados colectivamente como aniones orgánicos ( anión es un término para un ion con carga negativa).
Estos iones se distribuyen de forma desigual a ambos lados de las membranas celulares de las neuronas. Los iones de sodio y cloruro son más frecuentes fuera de la célula, mientras que los iones de potasio y los aniones orgánicos son más frecuentes dentro de la célula. Esta distribución desigual de iones crea una situación en la que también hay una distribución desigual de carga eléctrica a través de la membrana celular. En general, el interior de la neurona está más cargado negativamente que el exterior.
La diferencia de carga eléctrica entre el interior y el exterior de una neurona se conoce como potencial de membrana . Aunque varía, un potencial de membrana en reposo típico (el potencial cuando la neurona está en reposo y no en medio de una descarga) para una neurona es de aproximadamente -65 mV, lo que nuevamente refleja que el interior de la célula tiene una carga más negativa que el resto. fuera.
Una de las características especiales de las neuronas es su capacidad para comunicarse rápida y eficientemente entre sí. Para hacer esto, deben poder no solo pasar señales entre neuronas, sino también llevar señales dentro de sí mismos, de un extremo de la neurona al otro. La base de la señalización que ocurre dentro de las neuronas es un cambio momentáneo en el potencial de membrana llamado potencial de acción .. En un potencial de acción, una avalancha masiva de iones de sodio cargados positivamente fluye hacia la célula y hace que el potencial de membrana cambie rápidamente. Específicamente, el potencial de membrana se acerca a cero y finalmente, muy brevemente, se vuelve positivo. Esta afluencia de iones de sodio positivos crea un impulso eléctrico llamado potencial de acción, que luego viaja de un extremo de la neurona al otro y, a menudo, provoca la liberación de neurotransmisores.
La función de la bomba de sodio-potasio
Bien, entonces, ¿qué tiene que ver todo esto con la bomba de sodio-potasio? Bueno, comencemos con la función principal de la bomba, que es transportar iones de sodio fuera de la célula e iones de potasio hacia el interior de la célula. Por lo general, estos iones no quieren moverse en estas direcciones particulares porque hacerlo violaría las leyes de difusión, que dictan que las sustancias tienden a moverse de áreas de alta concentración a áreas de baja concentración.
Por ejemplo, ya hay más sodio fuera de una célula. Así, en base a las leyes de difusión, el sodio no va a estar inclinado a moverse hacia el exterior de la célula ya que ese movimiento sería desde una zona de baja concentración hacia una zona de alta concentración. Por lo tanto, la bomba de sodio-potasio necesita usar energía para transportar el sodio fuera de la célula (y el potasio hacia el interior de la célula). Para ello, la bomba utiliza la energía del trifosfato de adenosina o ATP.
Todos los detalles de cómo funciona la bomba de sodio y potasio no están del todo claros, pero se cree que el proceso general comienza con la unión de ATP a la bomba. La unión de ATP luego promueve la unión de 3 iones de sodio y la liberación de dos iones de potasio previamente unidos a la célula. El ATP se descompone y transfiere un grupo químico conocido como grupo fosfato a la bomba. Este proceso, conocido como fosforilación, hace que la bomba experimente un cambio de conformación o un cambio en su forma.
Este cambio conformacional hace que los 3 iones de sodio que están unidos a la bomba se liberen en el líquido extracelular o en el área exterior de la célula. Al mismo tiempo, la bomba une 2 iones de potasio. La unión de estos iones de potasio provoca otro cambio conformacional, que devuelve la bomba a su configuración anterior y comienza el ciclo de nuevo.
Cada ciclo de la bomba mueve 3 iones de sodio fuera de la célula y 2 iones de potasio dentro de la célula. Debido a que hay una carga positiva más que sale de la celda que la que entra, hay una pérdida neta de iones positivos. Esto hace que el potencial de membrana en reposo de la célula sea ligeramente más negativo. Sin embargo, este efecto es mínimo y tiene poca influencia en el potencial de membrana general de la célula. Más importante aún, las acciones de la bomba de sodio-potasio ayudan a asegurar que los iones de sodio estén más concentrados fuera de la célula y los iones de potasio estén más concentrados dentro de la célula. Esta distribución desigual de iones, combinada con otras características de la permeabilidad de la membrana celular, crea un entorno propicio para un potencial de acción.
Por lo tanto, la bomba de sodio-potasio tiene una importancia crítica para la función de las neuronas. Ayuda a mantener las concentraciones iónicas dentro y fuera de la célula que facilitan la capacidad de las neuronas para disparar potenciales de acción, que es la base de la señalización eléctrica dentro de las neuronas.
Más información: Neurociencia de 2 minutos: bomba de sodio y potasio
Referencias:
Mordecai PB, Yao JPY, Matteson DR. Fisiología Celular y Neurofisiología. 4ª ed. San Luis, MO. Elsevier; 2020.
Purves D, Augustine GJ, Fitzpatrick D, Hall WC, Lamantia AS, Mooney RD, Platt ML, White LE, eds. Neurociencia. 6ª ed. Nueva York. Asociados Sinauer; 2018.
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