Pompa Sodio-Potassio ATPasi

P-ATPasi e classico esempio di proteina allosterica (assume conformazioni diverse in risposta a stimoli diversi). Trasporta tre Na⁺ all’esterno e due K⁺ all’interno consumando ATP.

Ciclo (meccanismo a ping-pong)

Partendo dalla pompa libera, a riposo:

1. Lega ATP, che induce una modificazione conformazionale rendendola disponibile a legare 3 Na⁺.
2. Legato il sodio, si rompe il legame fosfodiesterico ad alta energia dell’ATP: il fosfato viene scaricato su un’asparagina, inducendo un’altra modificazione che apre la pompa verso l’esterno.
3. Si espongono i siti per il K⁺: appena il potassio si lega, la pompa perde affinità per il sodio, che viene rilasciato all’esterno.
4. Con il solo K⁺ legato, il fosfato si stacca dall’asparagina e la pompa si rivolge verso l’interno; perde affinità per il potassio e rilascia i 2 K⁺ nel citosol.
5. Torna alla configurazione iniziale e il ciclo ricomincia.

Funzione

Mantiene il gradiente di membrana. Una cellula è eccitabile quando può produrre un potenziale d’azione, cioè invertire il proprio potenziale di membrana (possedere e modificare il potenziale è di tutte le cellule; invertirlo è solo delle eccitabili). Dopo il potenziale d’azione, la ripolarizzazione dipende dai canali per il potassio; la pompa ripristina il potenziale di riposo.

Se si avvelena il mitocondrio (es. assone gigante di calamaro), la cellula non produce più ATP, la pompa si ferma e il potenziale transmembrana non torna a −90 mV ma resta vicino allo zero: a −40 mV i canali del sodio entrano in non-eccitabilità e la cellula smette di scaricare. Il correlato clinico è l’infarto miocardico: in ischemia manca l’ossigeno → niente fosforilazione ossidativa → niente ATP → le pompe non funzionano → mancata ripolarizzazione, visibile in ECG come sopraslivellamento del tratto ST e inversione dell’onda T.

Altre funzioni:

• Nelle cellule non eccitabili, mantiene comunque il potenziale transmembrana.
• Contrasta la forza osmotica: tenendo il sodio all’esterno evita che richiami acqua. Se la pompa viene avvelenata nei globuli rossi, questi esplodono; serve anche a mantenerne la forma.
• Sostiene il trasporto attivo di II grado (funzione principale in molte cellule), creando il gradiente di sodio sfruttato dai trasportatori secondari (→ Assorbimento Epiteliale di Sodio e Glucosio).

Struttura e isoforme

Costituita da subunità α (catalitica) e β (corretta localizzazione della α). Della α esistono quattro isoforme:

• α-1 — ubiquitaria, molto espressa nel tubulo renale (il rene è il maggior controllore dell’omeostasi del sodio). Localizzata sulla membrana baso-laterale delle cellule epiteliali; nel rene è sotto il controllo dell’aldosterone, che ne regola la trascrizione tramite recettore intracellulare.
• α-2 — prevalentemente nelle cellule eccitabili, soprattutto muscolo (scheletrico, cardiaco, tessuto di conduzione).
• α-3 — esclusivamente SNC, retina, tessuto di conduzione cardiaco.
• α-4 — identificata nel testicolo, molto simile alla α-3.

I tessuti eccitabili hanno α-1 più α-2/α-3; i non eccitabili solo α-1. L’ipotesi è che α-1 lavori bene solo in range di potenziale limitati, mentre nelle cellule eccitabili (che arrivano a inversione del potenziale, +40 mV) servono isoforme “professioniste” α-2 e α-3, capaci di lavorare in condizioni estreme di polarizzazione e depolarizzazione. Questa distinzione è la base dell’azione della Digitale (Digossina), che lega selettivamente α-2 e α-3.

🔗 Collegamenti

• ATPasi — 📋 è una P-ATPasi
• Classificazione dei Trasporti di Membrana — 🔗 alimenta i trasporti attivi secondari
• Assorbimento Epiteliale di Sodio e Glucosio — ⬇️ ne sfrutta il gradiente di sodio
• Digitale (Digossina) — 💊 inibitore selettivo di α-2/α-3