2.16: Bomba de Sodio y Potasio
La Bomba de Sodio y Potasio
El transporte activo es el proceso que requiere energía de bombear moléculas e iones a través de membranas «cuesta arriba», contra un gradiente de concentración. Para mover estas moléculas contra su gradiente de concentración, se necesita una proteína transportadora. Las proteínas portadoras pueden trabajar con un gradiente de concentración (durante el transporte pasivo), pero algunas proteínas portadoras pueden mover solutos contra el gradiente de concentración (de baja concentración a alta concentración), con una entrada de energía. En el transporte activo, como las proteínas transportadoras se utilizan para mover materiales en contra de su gradiente de concentración, estas proteínas se conocen como bombas. Al igual que en otros tipos de actividades celulares, el ATP suministra la energía para el transporte más activo. Una forma en que el ATP potencia el transporte activo es mediante la transferencia de un grupo fosfato directamente a una proteína transportadora. Esto puede hacer que la proteína transportadora cambie su forma, lo que mueve la molécula o el ion al otro lado de la membrana. Un ejemplo de este tipo de sistema de transporte activo, como se muestra en la figura siguiente, es la bomba de sodio y potasio, que intercambia iones de sodio por iones de potasio a través de la membrana plasmática de las células animales.
El sistema de bomba de sodio y potasio mueve iones de sodio y potasio contra grandes gradientes de concentración. Mueve dos iones de potasio hacia la célula, donde los niveles de potasio son altos, y bombea tres iones de sodio fuera de la célula y hacia el líquido extracelular.
Como se muestra en la figura anterior, tres iones de sodio se unen a la bomba de proteínas dentro de la célula. La proteína transportadora obtiene energía del ATP y cambia de forma. Al hacerlo, bombea los tres iones de sodio fuera de la célula. En ese punto, dos iones de potasio de fuera de la célula se unen a la bomba de proteínas. Los iones de potasio se transportan a la célula y el proceso se repite. La bomba de sodio y potasio se encuentra en la membrana plasmática de casi todas las células humanas y es común a toda la vida celular. Ayuda a mantener el potencial celular y regula el volumen celular.
Una visión más detallada de la bomba de sodio y potasio está disponible en http://www.youtube.com/watch?v=C_H-ONQFjpQ(13:53) y http://www.youtube.com/watch?v=ye3rTjLCvAU (6: 48).
El gradiente electroquímico
El transporte activo de iones a través de la membrana hace que se acumule un gradiente eléctrico a través de la membrana plasmática. El número de iones cargados positivamente fuera de la célula es mayor que el número de iones cargados positivamente en el citosol. Esto resulta en una carga relativamente negativa en el interior de la membrana, y una carga positiva en el exterior. Esta diferencia en las cargas causa un voltaje a través de la membrana. El voltaje es energía potencial eléctrica que es causada por una separación de cargas opuestas, en este caso a través de la membrana. El voltaje a través de una membrana se llama potencial de membrana. El potencial de membrana es muy importante para la conducción de impulsos eléctricos a lo largo de las células nerviosas.
Debido a que el interior de la célula es negativo en comparación con el exterior de la célula, el potencial de membrana favorece el movimiento de iones cargados positivamente (cationes) dentro de la célula, y el movimiento de iones negativos (aniones) fuera de la célula. Por lo tanto, hay dos fuerzas que impulsan la difusión de iones a través de la membrana plasmática: una fuerza química (el gradiente de concentración de los iones) y una fuerza eléctrica (el efecto del potencial de membrana en el movimiento de los iones). Estas dos fuerzas que trabajan juntas se denominan gradiente electroquímico, y se discutirán en detalle en los conceptos de «Células Nerviosas» e «Impulsos Nerviosos».