Canais iônicos: o que são, tipos. e como eles funcionam nas células

Canais iônicos são complexos de proteínas, localizados nas membranas celulares, que regulam processos vitais como batimentos cardíacos ou a transmissão de sinais entre neurônios.

Neste artigo vamos explicar em que consistem, qual é a sua função e estrutura, que tipos de canais iónicos existem e a sua relação com várias doenças.

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O que é um canal iônico?

Entendemos por canais iônicos complexos proteicos preenchidos com poros aquosos, que permitem a passagem de íons, fazendo com que fluam através da membrana celular. Esses canais estão presentes em todas as células, das quais são um componente essencial.

Cada célula é cercada por uma membrana que a separa do ambiente externo. Sua estrutura de bicamada lipídica não é facilmente permeável a moléculas polares, como aminoácidos ou íons. Portanto, é necessário transportar essas substâncias para dentro e para fora da célula por meio de proteínas de membrana como bombas, transportadores e canais iônicos.

os canais são constituídos por uma ou mais proteínas diferentes chamadas subunidades (alfa, beta, gama, etc.). Quando vários deles se juntam, criam uma estrutura circular no centro da qual existe um orifício ou poro, que permite a passagem de íons.

Uma das particularidades desses canais é sua seletividade; isto é, eles determinam que alguns íons inorgânicos passam e outros não, dependendo do diâmetro e da distribuição de seus aminoácidos.

A abertura e o fechamento dos canais iônicos são regulados por vários fatores; um estímulo ou sensor específico é o que determina que eles flutuem de um estado para outro alterando sua composição.

Agora vamos ver quais funções eles cumprem e qual é a sua estrutura.

Funções e estrutura

Por trás de processos celulares essenciais, como a secreção de neurotransmissores ou a transmissão de sinais elétricos, estão os canais iônicos, que conferem capacidades elétricas e excitáveis ​​às células. E quando eles falham, podem ocorrer inúmeras patologias (sobre as quais falaremos mais adiante).

A estrutura dos canais iônicos ocorre na forma de proteínas transmembrana e agir como um sistema de portão regular a passagem de iões (potássio, sódio, cálcio, cloro, etc.) pelos poros.

Até poucos anos atrás pensava-se que os poros e o sensor de tensão eram acoplados através de um linker ou "linker" (uma espiral de cerca de 15 aminoácidos), que pode ser ativado com o movimento do sensor tensão. Esse mecanismo de acoplamento entre as duas partes do canal iônico é o mecanismo canônico que sempre foi teorizado.

Recentemente, no entanto, uma nova pesquisa descobriu outro caminho que envolve um segmento de aminoácidos formado por parte do sensor de voltagem e parte do poro. Esses dois segmentos se encaixariam como um zíper para acionar a abertura ou fechamento do canal. Por sua vez, esse novo mecanismo poderia explicar descobertas recentes, nas quais alguns canais iônicos dependentes de voltagem (alguns responsáveis ​​por funções como batimentos cardíacos) com apenas um linker.

Os canais iônicos dependentes de voltagem são apenas um dos tipos de canais existentes, mas há mais: vamos ver o que são a seguir.

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Tipos de canais iônicos

Os mecanismos de ativação dos canais iônicos podem ser de vários tipos: por ligante, por voltagem ou por estímulos mecanossensíveis.

1. Canais iônicos controlados por ligantes

Esses canais iônicos aberto em resposta à ligação de certas moléculas e neurotransmissores. Esse mecanismo de abertura se deve à interação de uma substância química (que pode ser um hormônio, um peptídeo ou um neurotransmissor) com uma parte do canal chamada receptor, que gera uma mudança na energia livre e modifica a conformação da proteína, abrindo o canal.

O destinatário do acetilcolina (um neurotransmissor envolvido na transmissão de sinais entre nervos motores e músculos) do tipo nicotínico, é um dos canais iônicos controlados por ligantes mais estudados. É composto por 5 subunidades de 20 aminoácidos e está envolvido em funções básicas como controle voluntário de movimento, memória, atenção, sono, estado de alerta ou ansiedade.

2. canais iônicos dependentes de voltagem

Este tipo de canais aberto em resposta a mudanças no potencial elétrico através da membrana plasmática. Canais iônicos dependentes de voltagem estão envolvidos na transmissão de impulsos elétricos, gerando potenciais de ação devido a mudanças na diferença de cargas elétricas em ambos os lados do membrana.

O fluxo de íons ocorre em dois processos: por ativação, um processo dependente de voltagem: o canal se abre em resposta a mudanças no potencial de membrana (diferença no potencial elétrico em ambos os lados do membrana); e a inativação, processo que regula o fechamento do canal.

A principal função dos canais iônicos dependentes de voltagem é geração de potenciais de ação e sua propagação. Existem vários tipos e os principais são:

2.1. canal de Na+

São proteínas transmembranares que permitem a passagem de íons sódio pela célula. O transporte de íons é passivo e depende apenas do potencial eletroquímico do íon (não requer energia na forma de uma molécula de ATP). Nos neurônios, os canais de sódio são responsáveis ​​pela fase ascendente do potencial de ação. (despolarização).

2.2. canal K+

Esses canais iônicos constituem o grupo mais heterogêneo de proteínas estruturais de membrana. Nos neurônios, a despolarização ativa os canais de K+ e facilita a saída de K+ da célula nervosa, levando a uma repolarização do potencial de membrana.

23. canal Ca++

Os íons de cálcio promovem a fusão da membrana da vesícula sináptica (estruturas localizadas no final do axônio neuronal e responsável pela secreção de neurotransmissores) com a membrana terminal do axônio na neurônio, estimulando a liberação de acetilcolina na fenda sináptica por um mecanismo de exocitose.

2.4. canal Cl

Este tipo de canais iônicos são responsáveis ​​por regular a excitabilidade celular, o transporte entre as células, bem como o gerenciamento do PH e do volume celular. Canais localizados na membrana estabilizam o potencial de membrana em células excitáveis. são também responsável pelo transporte entre as células de água e eletrólitos.

3. Canais iônicos regulados por estímulos mecanossensíveis

Esses canais iônicos aberto em resposta a ações mecânicas. Eles podem ser encontrados, por exemplo, nos corpúsculos de Paccini (receptores sensoriais na pele que respondem a vibrações rápidas e a pressão mecânica profunda), que se abrem por estiramento da membrana celular através da aplicação de tensão e/ou pressão.

Canalopatias: patologias associadas a estas moléculas

Do ponto de vista fisiológico, os canais iônicos são essenciais para o equilíbrio homeostático do nosso corpo. Sua disfunção causa toda uma série de doenças, conhecidas como canalopatias. Estas podem ser produzidas por dois tipos de mecanismos: alterações genéticas e doenças autoimunes.

Entre as alterações genéticas, estão as mutações que ocorrem na região codificadora do gene para um canal iônico. É comum que essas mutações produzam cadeias polipeptídicas que não são processadas corretamente e não são incorporadas à membrana plasmática; ou, quando as subunidades se unem e formam os canais, estes não são funcionais.

Outra possibilidade frequente é que, mesmo sendo canais funcionais, acabem apresentando cinética alterada. Em qualquer caso, eles geralmente levam ao ganho ou perda da função do canal.

Também mutações podem ocorrer na região promotora do gene que codifica um canal iônico. Isso pode causar subexpressão ou superexpressão da proteína, produzindo alterações no número de canais, o que também causaria aumento ou diminuição de sua funcionalidade.

Atualmente, são conhecidas múltiplas patologias associadas a canais iônicos em diferentes tecidos. No nível musculoesquelético, mutações nos canais dependentes de voltagem Na+, K+, Ca++ e Cl- e no canal de acetilcolina levar a distúrbios como paralisia hipercalêmica e hipocalêmica, miotonia, hipertermia maligna e miastenia.

No nível neuronal, foi proposto que alterações nos canais de Na+ dependentes de voltagem, canais de K+ e Ca++ por voltagem, o canal ativado pela acetilcolina ou o ativado pela glicina, poderia explicar distúrbios como epilepsia, ataxia enxaqueca episódica, enxaqueca hemiplégica familiar, síndrome de Lambert-Eaton, doença de Alzheimer, doença de Parkinson e esquizofrenia.

Referências bibliográficas:

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