Bomba de sódio e potássio

How a sodium potassium pump can maintain a voltage gradient across a cell or neuron's membrane

No último vídeo, eu mostrei para vocês como é um neurônio

e nós falamos sobre as diferentes partes de um neurônio,

e eu dei uma ideia geral do que um neurônio faz.

Ele é estimulado nos dendritos - e sobre o

estímulo nós vamos falar nos próximos vídeos o que

isso significa exatamente - e então o impulso, a

informação, o sinal é somado.

Se tiver múltiplos pontos de estímulo em vários

dendritos, eles são somados e se chegarem no limiar de

excitação, vai ser criado um pontencial de ação ou

sinal que viaja atravéz do axônio e talvez estimule

outros neurônios ou músculos porque esses pontos terminais

do axônio podem estar conectados com dendritos de

outros neurônios ou a células musculares ou quem sabe o que.

Mas o que eu quero fazer nesse vídeo é um tipo de passo a passo

para leigos para entender o que é esse sinal ou como

um neurônio realmente transmite a informação

pelo axônio - ou na verdade, como ele faz todo o caminho do

dendrito até o axônio?

Antes de eu realmente começar a falar sobre isso, nós temos meio que estabelecer

as regras básicas - ou entender o básico sobre

potencial de tensão na

membrana do neurônio.

E, na verdade, todas as células tem um potencial de tensão

diferente, mas isso é especialmente relevante quando

falamos sobre neurônios e sua habilidade de mandar sinais.

Vamos aumentar um neurônio.

Eu poderia ter aumentado qualquer ponto da célula que não fosse

coberto pela bainha de mielina.

Eu vou aumentar essa parte da membrana.

Então, vamos dizer que isso seja a membrana do

neurônio, desse jeito.

Essa é a membrana.

Isso é a parte de fora do neurônio.

E então isso é a parte de dentro da célula.

Agora, você tem íons sódio e potássio

flutuando por aqui.

Eu desenhar o sódio desse jeito.

O sódio vai ser um círculo.

Então esse sódio e seu íon de carga positiva têm

carga +1 e o potássio, vou desenhá-los como

pequenos triângulos.

Então vamos dizer que esse potássio - o símbolo do

potássio é K.

Ele também é carregado positivamente.

E eles estão apenas circulando por aqui.

Vamos dizer que no começo os dois estejam dentro e

fora da célula.

Eles todos têm carga positiva.

Sódio dentro, um pouco de sódio fora.

Agora, verifica-se que as células têm mais carga positiva

fora de suas membranas do que

dentro de suas membranas.

Então existe realmente uma diferença de potencial e se

não existisse membrana as cargas negativas poderiam

sair ou cargas positivas ou íons positivos

poderiam entrar.

O lado de fora acaba sendo mais positivo, e nós vamos

falar por quê.

Então isso é um gradiente de potencial elétrico, certo?

Se isso é menos positivo do que - se eu tiver uma carga

positiva aqui, ela vai ou pelo menos vai querer ir para o

lado menos positivo.

Ela vai querer se afastar das

outras cargas positivas.

Vai ser repelida pelas outras cargas positivas.

Da mesma forma, se tivermos uma carga negativa aqui, ela vai querer ir para

o outro lado - ou uma carga positiva, acho que estaria

mais feliz aqui do que aqui.

Mas a questão é, como isso acontece?

Porque estão a mercê da própria sorte, as cargas

se dispersaram e você não tem o gradiente de potencial.

De alguma forma temos que colocar energia no sistema para que

ele produza esse estado em que temos mais cargas positivas

do lado de fora do que de dentro.

E isso é feito pela bomba de sódio e potássio.

Eu vou desenhar isso de uma certa maneira.

Isso obviamente não é como uma proteína parece, mas

vou dar uma ideia de como a bomba funciona.

Vou desenhar esse lado da proteína.

Talvez isso pareça isso e você vai ter uma ideia de por que

eu desenhei assim.

Então esse lado da proteína ou da enzima - e então o

outro lado vou senhar assim.

É algo parecido com isso, e claro, a proteína real

não se parece com isso.

Você me viu mostrar como as proteína parecem de verdade.

Elas parecem grandes amontoados de coisas, bem complexas.

Partes diferentes de uma proteína podem se ligar com diferentes

coisas e quando coisas se ligam com proteínas, elas mudam de forma.

Mas eu estou fazendo um diagrama bem simples aqui e o que eu quero

mostrar para vocês é essa nossa bomba de sódio em um

estado inativo.

E o que acontece nessa situação é que nós temos

esses bons lugares em que o nosso sódio pode se ligar.

Então, nessa situação, o sódio pode se ligar nesses locais da

nossa enzima ou da nossa proteína.

E se nós tivermos apenas o sódio se ligando e nenhuma

energia sendo injetada no sistema, nada vai acontecer.

Isso vai apenas ficar nessa situação.

A proteína real pode parecer uma coisa maluca.

A proteína real pode ser essa grande nuvem de proteína e

então suas ligações de sódio aqui, aqui, e aqui.

Talvez isso esteja dentro da proteína de alguma maneira, mas ainda assim, nada

vai acontecer quando o sódio se ligar desse lado da

proteína.

Para que que qualquer coisa aconteça, para que a

bomba funcione, ela precisa usar a energia do ATP.

Então nós temos todos os vídeos sobre respiração em que eu te contei

que o ATP era a moeda energética da célula - bem,

isso é algo útil para o ATP fazer.

ATP - que é adenosina trifosfato - pode ir para

alguma outra parte da nossa enzima, mas nesse diagrama talvez vá

para essa parte da enzima.

E essa enzima, é um tipo de ATPase.

Quando eu digo ATPase, quer dizer que quebra o fosfato do ATP -

e isso é apenas em consequência da sua forma.

Ela é capaz de chutar fora o P.

Quando ela retira o fosfato, muda de forma.

Então, passo um, nós temos íons sódio - e, na verdade, vamos

manter a contagem deles.

Nós temos três sódios - essas são as ligações reais - três

íons sódio dentro do neurônio.

Eles se ligam com a bomba, que na verdade é uma proteína que cruza

nossa membrana.

Agora, passo dois, nós também temos ATP.

ATP é quabrado em ADP mais fosfato na

proteína e então muda de forma.

Então isso também fornece energia para mudar a forma da bomba.

Então é assim que a bomba era antes.

Agora, nossa bomba vai parecer mais ou menos com isso.

Deixe-me achar algum espaço aqui.

Vou desenhar a bomba 'depois' bem aqui.

Então isso é antes.

Depois que o fosfato é retirado do ATP, vai parecer

mais ou menos assim.

Em vez de manter essa configuração, ela abre na

outra direção.

Então agora vai parecer com isso.

E claro está carregando esses grupos fosfato.

Eles tem uma carga positiva.

Isso abre assim.

Esse lado agora parece assim.

Então agora o fosfato é liberado do outro lado.

Então ele foi bombeado para o outro lado.

Lembre-se, isso requer energia porque vai

contra o gradiente de concentração.

Você está pegando cargas positivas e está empurrando-as para um

ambiente que é ainda mais positivo e você também está

levando isso para um ambiente que já tem muito

sódio, e você está colocando mais sódio lá.

Então você está indo contra o gradiente de carga e você está

indo contra o gradiente de sódio.

Mas agora - acho que podemoa chamar isso de passo três - o sódio é

liberado fora da célula.

E quando isso muda de forma, não fica tão bom para se ligar

com outros sódios.

Então talvez isso seja um pouquinho diferente também, então

esse sódio não pode nem se ligar com isso nessa configuração agora

que a proteína mudou de forma devido ao ATP.

Então, passo três, os 3 Na+, íons sódio - são

liberados fora.

Agora uma vez que estava nessa configuração, nós tinhamos todos

esses íons positivos aqui fora.

Esses íons positivos querem ficar o mais longe possível dos

outros íons positivos.

Eles provavelmente serão atraídos pela célula mesmo

porque a célula é menos positiva do lado de dentro.

Então esses íons positivos - e em particular, o potássio -

pode se ligar desse lado da proteína quando não está assim - eu

acho que podemos chamar isso de configuração atrativa.

Então agora, acho que podemos chamar de passo quatro.

Nós temos dois íons sódio ligados na - acho que podemos chamar isso de

bomba ativada - ou bomba alterada.

Ou talvez possamos dizer que isso está na forma aberta.

Então eles vêm aqui e quando se ligam isso muda novamente a

forma dessa proteína de volta para essa forma, de volta

para a forma aberta.

Agora quando isso volta para a forma aberta, esses carinhas não estão

mais aqui, mas nós temos esses outros caras por aqui

e nessa forma aqui, todos esses torrões -

talvez eles não sejam torrões.

Na verdade eles são coisas nesse grande grupo de proteínas.

Eles não são tão bons em se ligar ou em segurar esses

sódios então os sódios são liberados dentro da célula.

Então, passo cinco, a bomba - essa forma alterada da bomba.

Então a bomba retorna à forma original.

E então uma vez de volta à forma original, esses dois

íons sódio são liberados dentro da célula.

Nós vamos ver nos próximos vídeos por que é útil

ter esses íons sódio aqui dentro.

Você pode dizer, bem, por que nós não ficamos bombeando coisas para

fora para garantirmos a diferença de potencial?

Mas nós veremos que esses íons sódio são

na verdade, muito úteis.

Então o que está acontecendo de fato?

Nós acabamos com um monte de íons sódio do lado de fora e

acabamos com um monte de íons potássio dentro, mas eu falei

para você que dentro é menos positivo do que fora.

Mas os dois são positivos.

Eu não me importo se eu tenho mais postássio ou sódio, mas se

você prestou atenção às relações que eu falei, cada

vez que nós usamos um ATP, nós bombeamos 3 sódios para fora e

só bombeamos 2 potássios para dentro, certo?

Nós bombeamos 3 sódios e 2 potássios. Cada um

deles tem uma carga +1, mas cada vez que fazemos isso, nós

adicionamos uma carga líquida de 1 para fora, certo?

3 vão para fora, 2 vão para dentro.

Nós temos uma carga líquida de 1 - nós temos +1 do lado de fora.

Então estamos fazendo o lado de fora ficar mais positivo, especialmente

se compararmos com o lado de dentro.

E isso é o que cria a diferença de potencial.

Se você pegar um voltímetro - um voltímetro

mede a diferença de potencial elétrico- e você medir a

diferença de voltagem entre esse ponto e esse ponto -ou

mais especificamente, entre esse ponto e esse ponto, se

você subtrair a voltagem daqui da voltagem

dali, você terá -70milivolts, o que em geral

é considerado como potencial de repouso - a diferença

de potencial entre as membranas do neurônio quando ele está em

repouso.

Então nesse vídeo eu meio que construi as bases para entender por que

e como uma célula usando ATP, usando energia é capaz de

manter uma diferença de potencial entre as membranas

sendo a de fora um pouco mais positiva do que a de dentro.

Então na verdade nós temos uma diferença de potencial negativa se nós

compararmos dentro com fora.

Cargas positivas vão querer entrar se forem autorizadas a fazer isso

e cargas negativas vão querer sair se puderem

fazer isso.

Agora, pode haver mais uma questão.

Você pode dizer, bem, se nós apenas ficamos colocando cargas para fora

nossa diferença de potencial ficara realmente negativa.

Isso seria muito mais negativo do que fora.

Por que se estabiliza em -70 ?

Para responder essa questão - eles vão entrar em mais

detalhes em vídeos futuros - você também tem

canais, que são estrutura de proteínas que na

sua posição aberta permitirá que o sódio passe por dentro dela.

E também existem canais que na sua posição aberta

deixarão o potássio passar.

Estou desenhando na posição fechada.

E nós vamos falar nos próximos vídeos o que acontece

quando eles abrem.

Mas na sua posição fechada, eles ainda

deixam passar um pouco.

E se, digamos, a concentração de potássio ficar muito alta

aqui -e muito alta significa que ele começa a

chegar a esse limite de -70 milivolts - ou ainda melhor

quando o sódio fica muito alto aqui fora, um pouco dele

começa a escapar.

Quando a concentração fica realmente alta e isso é muito

positivo por causa do potencial elétrico, um pouco

dele será empurrado.

Então isso vai nos manter ao redor de -70 milivolts.

E se ficarmos abaixo, talvez um pouco do potássio vaze

para o outro lado.

Então mesmo quando isso está fechado - se ficar muito

ridículo - se chegar a -80 ou -90 milivolts,

de repente vai haver um grande incentivo para que um pouco desses caras

vaze pelo seu respectivo canal.

Então isso é o que permite que nós fiquemos com o

potencial de tensão estável.

No próximo vídeo nós veremos o que acontece com

o potencial de tensão quando o neurônio é realmente estimulado.