A Bomba de Sódio e Potássio consiste numa ATPase transmembrana eletrogênica que utiliza energia proveniente da hidrólise de ATP em ADP para transportar íons de sódio e potássio. Por isso, é também chamada de bomba Na⁺/K⁺-ATPase.
É considerada um tipo de transporte ativo, pois é o sódio e o potássio de movem contra o gradiente de concentração. Portanto, a bomba de sódio e potássio é responsável por manter um gradiente de concentração, garantindo níveis mais elevados de sódio no meio extracelular e de potássio no interior da célula.
O gradiente de concentração é essencial para diversas funções fisiológicas em diferentes órgãos. Além de contribuir para a estabilização do potencial de membrana em repouso, essa bomba participa da regulação do volume celular e da transdução de sinais. Além disso, tem um papel fundamental em processos como a filtragem de resíduos nos néfrons renais, a motilidade dos espermatozoides e a geração do potencial de ação nos neurônios.
Estrutura da Bomba de Sódio e Potássio
A bomba Na⁺/K⁺-ATPase contém duas subunidades alfa (α), duas subunidades beta (β) e duas subunidades gama (γ).
Nas subunidades α, localizam-se os sítios de ligação do sódio, do potássio, do ATP e de todas as substâncias que podem estimular ou inibir o funcionamento desta estrutura.
Por outro lado, as subunidades β têm como função orientar e estabilizar as subunidades α na membrana plasmática, fornecendo conformação adequada e atividade eficaz da bomba. Por fim, as subunidades γ não possuem função bem estabelecida.
Mecanismo da Bomba de Sódio e Potássio
A subunidades α da bomba, ao se ligar ao ATP intracelular, liga-se também a 3 íons de Na+ que estão neste ambiente intracelular. O ATP, então, é hidrolisado e causa a fosforilação da bomba de Na⁺/K⁺, com liberação do ADP e de um radical fosfato.
Essa fosforilação causa uma mudança conformacional da bomba, transportando os íons Na+ para o meio extracelular. Como a forma fosforilada da bomba possui baixa afinidade aos íons Na⁺, sua liberação ocorre facilmente no ambiente exterior da célula.
Com o sítio livre, a proteína liga-se a 2 íons de K⁺ extracelulares, causando a desfosforilação da bomba. Consequentemente, esses íons agora são liberados no ambiente intracelular.
Funções da Bomba de Sódio e Potássio
A principal função da bomba Na⁺/K⁺ consiste no transporte de íons de potássio e sódio contra os respectivos gradientes de concentração. Esse transporte se faz necessário devido às diferenças de concentrações desses íons dentro e fora da célula. A importância dessa movimentação traduz-se na manutenção negativa do potencial de repouso da célula.
A bomba realiza essa função internalizando 2 íons de potássio (K⁺) e externalizando 3 íons de sódio (Na⁺). O fato de bombear mais cátions (cargas positivas) para fora (3 sódios) do que para dentro (2 potássios) garante a manutenção do potencial elétrico celular.
Além disso, essa estrutura também controla o volume hídrico da célula, uma vez que aumenta a concentração extracelular de sódio garantindo um gradiente osmótico favorável à saída de água da célula. Como resultado, tem-se um volume citosólico estável.
Por sua vez, a manutenção de alta concentração de potássio dentro da célula é importante para a síntese de proteína e respiração.
Regulação da Bomba de Sódio e Potássio
A Na⁺/K⁺-ATPase é regulada por diversos fatores, incluindo:
- Concentrações intracelulares de Na⁺ e extracelulares de K⁺ – A atividade da bomba de Na⁺/K⁺ é proporcional à concentração desses íons nos ambientes intra e extracelulares.
- Insulina, norepinefrina e epinefrina – Atuam estimulando, imediatamente, a atividade dessa proteína transmembrana.
- Hormônios tireoidianos e corticosteróides – Também aumentam o bombeamento, mas possuem efeito mais tardio.
- Medicamentos como digoxina, ouabaína e digitalina – Causam o bloqueio da bomba.
Aplicação clínica da Bomba de Sódio e Potássio
A Bomba de Sódio e Potássio desempenha um papel fundamental em diversas funções celulares. Portanto, sua inibição pode levar a várias condições patológicas.
Aparelho cardiovascular
Estudos indicam que pacientes com insuficiência cardíaca, por exemplo, apresentam uma redução de 40% na concentração total dessa enzima.
No campo da farmacologia cardiovascular, os glicosídeos cardíacos, como a ouabaína, digoxina e digitoxina, bloqueiam a Na⁺/K⁺-ATPase ao se ligarem ao seu sítio de potássio (K⁺). Essa inibição resulta no acúmulo de Na⁺ dentro das células e K⁺ no meio extracelular, prejudicando o funcionamento do trocador Na⁺/Ca²⁺ e, como consequência, ocorre um aumento da concentração intracelular de cálcio (Ca²⁺), o que intensifica a contratilidade cardíaca (efeito inotrópico positivo) e reduz a frequência cardíaca por meio da estimulação do nervo vago.
Esses efeitos são clinicamente relevantes para o tratamento da insuficiência cardíaca e da fibrilação atrial, pois aumentam a força de contração do coração e diminuem a condução do nó atrioventricular e a atividade do nó sinoatrial. Além disso, a terapia diurética pode reduzir a quantidade de Na⁺/K⁺-ATPase no miocárdio devido à perda de potássio.
Agonistas beta-adrenérgicos
Outra aplicação clínica envolve os agonistas beta-adrenérgicos, que aumentam a expressão da Na⁺/K⁺-ATPase, promovendo o influxo de potássio para dentro das células, o que resulta em hipocalemia no meio extracelular.
Além disso, esse aumento da atividade da enzima também favorece a remoção de Na⁺ para o meio extracelular, auxiliando na eliminação de líquidos pulmonares ao direcionar o fluxo de sódio para fora das células epiteliais alveolares.
Insulina
Da mesma forma, a insulina eleva a quantidade de Na⁺/K⁺-ATPase na membrana celular, deslocando potássio para dentro da célula e causando hipocalemia no sangue.
Infecções virais
A função da Na⁺/K⁺-ATPase também pode ser afetada por infecções virais de RNA e DNA, tornando-a um possível alvo para estratégias antivirais.
Os glicosídeos cardíacos, por exemplo, demonstraram inibir a replicação do citomegalovírus, especialmente quando combinados com fármacos antivirais, como o ganciclovir. Além disso, podem atuar contra outros vírus de DNA, como o herpes simplex, ao inibir a expressão de genes virais.
Outros
A expressão e a atividade anormais da Na⁺/K⁺-ATPase associam-se a diversas doenças, como diabetes, hipertensão, Alzheimer e diversos tipos de câncer, como glioblastoma, carcinoma de pulmão de células não pequenas, câncer de mama, melanoma, carcinoma colorretal e câncer de bexiga.
Além disso, os esteroides cardíacos endógenos, que regulam essa enzima, podem estar envolvidos na etiologia do transtorno bipolar e são considerados alvos promissores para novos tratamentos.
Ademais, há evidências de que um ciclo de amplificação oxidante envolvendo a Na⁺/K⁺-ATPase pode estar associado ao envelhecimento, obesidade e doenças cardiovasculares.
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Sugestão de leitura complementar
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Referências
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