Bomba sódio-potássio
A bomba de sódio e potássio ou Na+ / K+ ATPase é uma proteína transmembranar 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 eletroquímicos. A bomba 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+). A bomba é responsável pela manutenção e restauração do equilíbrio eletroquímico visto no potencial de repouso da membrana.
Apesar do alto custo energético para o funcionamento da bomba, estudos em roedores indicam que as maiores porcentagens de uso de ATP estão na manutenção do potencial de repouso (variando de 25% a 50% na região do córtex cerebral e no cerebelo).
Como a membrana celular é muito menos permeável ao sódio do que ao potássio, ocorre o acúmulo de cargas positivas no meio extracelular, fazendo com que se desenvolva um potencial elétrico negativo através da membrana (tendo como referência o interior celular [nota 1]). O gradiente de concentração e eletroquímico estabelecido pela bomba de sódio suporta não só o potencial elétrico de repouso da célula mas também os potenciais de ação em células nervosas e musculares. A exportação de sódio da célula proporciona a força motriz para que outras proteínas de membrana façam o importe de glicose, aminoácidos e outros nutrientes importantes para a célula. A Na+/K+ ATPase também é responsável por manter o controle do volume celular e manutenção do equilíbrio osmótico, uma vez que a bomba é altamente sensível as variações de concentrações dos íons. Em situações de falha da Na+/K+ ATPase, o acúmulo de íons no meio intracelular leva ao inchaço da célula pela entrada de água pelo processo de osmose. Logo, a osmolaridade dos meios extracelular e intracelular devem estar em equilíbrio, e a Na+/K+ ATPase atua no sentido de evitar a lise celular. A bomba também pode interagir com outras macromoléculas, como as proteínas pertencentes a família SRC de proteínas-quinase e atuar na transdução de sinais.
Moléculas sinalizadoras intracelulares, como cAMP e 5InsP7 fazem o controle endógeno da bomba de sódio-potássio, podendo estimulá-las ou inibi-las a depender das suas concentrações. A fosforilação reversível também é uma forma de regular a bomba, e já foi demonstrada em animais que estivam. Já o controle exógeno pode ser feito com fármacos e hormônios, como a tri-iodotironina.
As bombas de sódio-potássio encontradas na membrana das células do coração são um importante alvo de fármacos, como a digoxina e ouabaina, que são usadas desde o século XVII para promover a performance cardíaca através do aumento da força de contração. Entretanto, o que se sabe atualmente é que certas concentrações de ouabaina podem estimular a atividade da Na+/K+ ATPase no coração. Apesar de resultarem no mesmo efeito, o mecanismo dos dois compostos difere: a ouabaína se liga na porção extracelular da bomba (subunidade alfa), enquanto a digoxina penetra a célula cardíaca. Uma vez dentro da célula, a digoxina induz a liberação de cálcio pelo retículo sarcoplasmático, promovendo a contração. A contração de qualquer músculo está dependente de uma concentração intercelular de cálcio 100-10000 vezes maior que a encontrada em repouso. O relaxamento do músculo está dependente de uma enzima que faça a reposição da concentração de cálcio. Essa enzima que faz a translocação Na+/Ca2+ aproveita o gradiente de sódio gerado pela Na+/K+ ATPase para remover o cálcio do espaço intercelular, levando assim a contrações mais fortes do músculo.
Uma das formas nas quais se procede usualmente a eutanásia de animais com patologias incuráveis - a exemplo de cães domésticos com câncer terminal ou leishmaniose - é mediante a administração, após uma profunda anestesia geral - que geralmente já incumbe-se de parar o sistema respiratório - de elevadas quantidade de cloreto de potássio adequadamente diluído na corrente sanguínea do animal (via intravenosa). Além do comprometimento direto do equilíbrio sódio potássio nas diversas variedades de células, a elevação súbita dos níveis de potássio exteriores à células do sistema neurológico - mostrando-se particularmente sensível o sistema responsável pelos batimentos cardíacos - reduz consideravelmente o potencial de ação externo necessário à sensibilização do sistema nervoso. Ruídos espúrios passam então a ativar o sistema, que colapsa mediante tamanha quantidade de informação. O coração é levado a batimentos descoordenados, fibrilação, e por fim, para.
A bomba de sódio foi descoberta por Jens Christian Skou, em 1957. A descoberta foi objeto de artigo publicado na Biochimica et Biophysica Acta (vol. 23, pp. 394–401), intitulado The Influence of some Cations on an Adenosine Triphosphatase from Peripheral Nerves. Na altura, Skou era professor assistente no Departamento de Fisiologia Universidade de Aarhus, Dinamarca . Em 1997, pela descoberta da bomba de sódio, Jens Christian Skou recebeu o Prémio Nobel da Química juntamente com Paul D. Boyer e John E. Walker.
