Pompa sodio e potassio: funzionamento e ruolo

La pompa sodio potassio appartiene alla grande famiglia delle proteine P-ATPasi ed è coinvolta nel trasporto contro gradiente di concentrazione (trasporto attivo primario) degli ioni sodio e potassio. Grazie al funzionamento di questa pompa 3 ioni sodio vengono trasportati all’esterno della membrana plasmatica, mentre 2 ioni potassio vengono trasportati nel citosol.



La Na+/K+-ATPasi è la pompa ionica più diffusa e si trova sulle membrane plasmatiche di tutti i tipi cellulari. E’ formata da due sub-unità principali denominate alfa e beta.

Struttura della pompa sodio potassio

Come abbiamo già detto la è costituita da due sub-unità:

  • La sub-unità alfa, composta da circa 1000 amminoacidi, contiene nel dominio citoplasmatico i siti di legame per Na+ e ATP e nel dominio extracellulare contiene i siti di legame per K+ e per la ouabaina (un composto che inibisce il funzionamento della pompa). E’ formata da ben 10 domini transmembrana, quindi è una proteina integrale di membrana.
  • La sub-unità beta, composta da circa 300 amminoacidi, non ha né attività enzimatica né attività di trasporto ma ha un ruolo strutturale e sembra sia importante nel mantenimento della corretta conformazione tridimensionale.

Funzionamento della pompa e meccanismo di trasporto

Nel citosol delle cellule animali la concentrazione di potassio è 30 volte maggiore rispetto alla concentrazione nel liquido extracellulare, mentre il sodio si trova in maggiore concentrazione (di 10 volte) nel liquido extracellulare. La membrana plasmatica è permeabile a questi due ioni che, quindi, possono attraversarla tramite trasporto passivo usando specifici canali ionici. Se questi due ioni attraversano passivamente la membrana, perché le concentrazioni del citosol e del liquido extracellulare non sono in equilibrio? Perché è continuamente attiva la Na/K ATPasi.

  • Il sodio all’esterno ha una concentrazione intorno a 150mM, mentre all’interno intorno a 15mM.
  • Il potassio all’interno ha una concentrazione intorno a 150mM, mentre all’esterno intorno a 5mM.



La pompa sodio-potassio funziona da antiporto perché trasporta nella matrice extracellulare 3 ioni sodio e importa nel citosol 2 ioni potassio, generando e mantenendo il gradiente di questi due ioni ai due lati della membrana plasmatica. Per ogni ciclo di trasporto viene consumata una sola molecola di ATP.
Questa pompa è elettrogenica, perché complessivamente muove una carica positiva per ogni ciclo di trasporto.

Come tutte le P-ATPasi anche questa pompa, durante il ciclo di trasporto, passa attraverso due diversi stati conformazionali.

  1. Una molecola di ATP si lega alla pompa sul versante citoplasmatico. Il legame con l’ATP aumenta l’affinità della sub-unità alfa per i tre ioni sodio che vengono legati al trasportatore. Siamo nello stato conformazionale E1, in cui c’è un’elevata affinità per il sodio.
  2. L’ATP viene idrolizzato lasciando un gruppo fosfato a livello della sub-unità alfa.
  3. L’idrolisi dell’ATP provoca una variazione conformazionale della pompa che si “apre” verso il lato extracellulare. L’affinità per gli ioni sodio diminuisce e vengono rilasciati all’esterno. Siamo nella conformazione E2.
  4. Dopo il distacco degli ioni sodio viene perso anche il gruppo fosfato e questo aumenta l’affinità della sub-unità alfa per i due ioni potassio che si legano al trasportatore. Siamo sempre nella conformazione E2.
  5. Un’altra molecola di ATP si lega al carrier e avviene una variazione conformazionale: la proteina si apre nuovamente verso l’interno della cellula e diminuisce l’affinità per il potassio che viene rilasciato. Si è tornati nella conformazione iniziale e il ciclo di trasporto può ricominciare.
Fonte: chimica-online

Ruolo fisiologico della pompa sodio-potassio

Crea gradienti per il sodio e il potassio necessari per:

  • Potenziali di membrana
  • Potenziali d’azione
  • Potenziali sinaptici
  • Potenziali generatori
  • Per il trasporto attivo secondario

Mantenere i gradienti di sodio e potassio è talmente importante per gli organismi animali che la pompa sodio-potassio consuma circa 40% dell’ATP presente nel nostro organismo.



Regolazione della pompa sodio potassio

L’attività della pompa è regolata da diversi ormoni:

  • Ormoni tiroidei: stimolano la sintesi di nuove sub-unità alfa e beta modulando l’espressione della pompa nei vari tessuti.
  • Aldosterone: promuove la trascrizione dei geni delle due sub-unità della pompa.
  • Insulina: in tempi brevi determina un aumento dell’attività delle pompe presenti sulla membrana plasmatica, mentre in tempi più lunghi aumenta la sintesi di nuove pompe. Nel muscolo promuove il reclutamento delle pompe non funzionali presenti nel citoplasma.

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