Importância do Potássio na Vida

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Por que o potássio é o cárte da vida?
Uma nova hipótese explora como o potássio veio a ser o cárcto biológico dominante.
Crédito da imagem: Dan-Cristian P?dure no Unsplash
Por que é que em todas as células vivas há uma maior concentração de potássio (K + íons) no
citoplasma do que no meio circundante, e o inverso para sódio (N + íons)? Isso certamente não é por
acaso, porque tanto os procariontes (bactérias quanto archaea) e os eucariotas desenvolveram
maneiras bastante complicadas de manter as coisas dessa maneira.
O desequilíbrio ativamente sustentado de íons através de uma membrana celular (mais K + dentro, e mais
Na + e Cl – fora) normalmente produz uma diferença de potencial entre -40 e -70 milivolts (mV) através
da membrana celular - os neurônios humanos, por exemplo, têm um potencial de membrana de -70 mV.
Isso não soa muito, mas essa tensão existe sobre uma pequena largura de “isquiador” (a bicamada
lipídica, membrana celular) – entre 5 e 10 nanômetros – então a energia armazenada nesse sistema é
muito impressionante. Compare isso com uma única célula em uma bateria de íons de lítio, que tem um
separador de carga poroso de cerca de 150 micrômetros de espessura (aproximadamente 25.000 vezes
a espessura de uma membrana celular) através do qual existe uma tensão de, digamos, 1,7 volt (25
vezes mais do que em uma célula viva).
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Visto desta forma (embora não seja tão simples assim), a célula viva faz mil vezes melhor do que uma
bateria na carga de separação! Para descobrir como ele consegue fazer o gradiente K +, devemos
começar com a evolução inicial: com bactérias. E porque sabemos que cátions (ou ânions, aliás) não
podem passar pela bicamada lipídica de uma célula, ela deve ter algo a ver com as proteínas da
membrana – especificamente, os canais iônicos.
Basicamente, é tudo sobre os grupos carbonílico da cadeia peptídica (O-C-O) que revestem o interior do
canal (o poro). Os oxigênios, possuindo uma alta carga negativa parcial, associam-se temporariamente a
íons K +, fazendo uma espécie de atração de carga estática (oito vezes a coordenação de C-O a K +,
para quem gosta de detalhes). Os íons de sódio, sendo menores que os íons de potássio, não
“encaixem” neste canal em particular: eles têm seu próprio canal atrator eletrostático, específico. Então,
isso resolve a questão da seletividade de íons, mas o que impulsiona K + íons contra um gradiente de
concentração que pode chegar a 25-30 vezes a concentração externa?
Para isso, devemos imaginar o desafio que as bactérias têm em manter um pH fisiologicamente
ambiente em seu citoplasma; um conceito muito importante, para muitas proteínas - e, portanto, suas
funções, por exemplo, enzimático - são extremamente sensíveis à acidez de seu ambiente. Igualmente
importante, a membrana celular é muito sensível a tensões acima de 200 mV.
Essas duas restrições fisiológicas nos levam a prótons (H +) como a força evolutiva motriz, porque
também são a força que alimenta as bactérias: protons de bombas de procariota fora de seu citoplasma
como forma de construir energia potencial (uma espécie de bateria para armazenar energia), para deixá-
los de volta através de um canal enzimático (o F 1 -F 0 ATPase) para fazer uma forma de energia (ATP)
que pode ser usada como uma moeda comum. As bactérias em rápido crescimento precisam de tanta
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energia que suas bombas de prótons podem gerar gradientes de prótons perigosamente altos, o que
pode destruir suas membranas celulares ainda mais rapidamente do que interromper os mecanismos
enzimáticos no citoplasma (via mudança de pH) – em uma questão de alguns milissegundos, a célula
pode simplesmente “dissolver” em uma catástrofe eletrostática! K + íons são o mecanismo de segurança
da célula, porque eles eletrostaticamente descompensam H + íons, movendo-se, à medida que os
prótons se movem.
Então, foi assim que o gradiente K + evoluiu; e através da incorporação de uma alfa-proteobacterium no
pré-cursor de células eucarióticas, o pré-cursor das mitocôndrias, espalha-se para o domínio eucariótico
da vida para se tornar uma característica universal.
As condições sob as quais se desenvolveu (nomeadamente, protegendo contra mudanças de pH) não
são as forças que mantêm K + no centro da estabilidade citoplasmática eucariótica hoje, mas a evolução
geralmente funciona com o que foi dado e encontra outros “usos” – em células eucarióticas, estas estão
relacionadas à carga eletrostática nas proteínas, as histonas, que as bactérias não possuem e a
desmontagem da cromatina. Aqui também vemos por que K + e não Na + é o cátion que as células
“escolheram”.
Referência: Nikolay Korolev, Como o potássio passou a ser o cárter biológico dominante: do
metabolismo, da quimiosmosia e da seletividade cálaria desde os primórdios da vida, BioEssay Essas
(2020). DOI: 10.1002/bies.202000108
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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/bies.202000108
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