Canale ionice: ce sunt, tipuri. și cum funcționează în celule

Canalele ionice sunt complexe proteice, situate în membranele celulare, care reglează procese vitale precum bătăile inimii sau transmiterea semnalelor între neuroni.

În acest articol vom explica în ce constau, care este funcția și structura lor, ce tipuri de canale ionice există și relația lor cu diferite boli.

• Articol înrudit: "Potențial de acțiune: ce este și care sunt fazele sale?"

Ce este un canal ionic?

Înțelegem prin canale ionice complexe de proteine ​​umplute cu pori apos, care permit trecerea ionilor, făcându-le să curgă prin membrana celulară. Aceste canale sunt prezente în toate celulele, din care sunt o componentă esențială.

Fiecare celulă este înconjurată de o membrană care o separă de mediul exterior. Structura sa cu două straturi lipidice nu este ușor permeabilă la moleculele polare, cum ar fi aminoacizii sau ionii. Prin urmare, este necesar să se transporte aceste substanțe în și din celulă prin intermediul proteinelor membranare, cum ar fi pompe, transportoare și canale ionice.

canalele sunt formate din una sau mai multe proteine ​​diferite numite subunități (alfa, beta, gamma etc.). Când mai multe dintre ele se unesc, ele creează o structură circulară în centrul căreia există o gaură sau un por, care permite trecerea ionilor.

Una dintre particularitățile acestor canale este selectivitatea lor; adică ei determina ca unii ioni anorganici trec prin si altii nu, în funcție de diametrul și distribuția aminoacizilor săi.

Deschiderea și închiderea canalelor ionice este reglată de diverși factori; un anumit stimul sau senzor este cel care determină că acestea fluctuează de la o stare la alta prin modificarea compoziției lor.

Acum să vedem ce funcții îndeplinesc și care este structura lor.

Funcții și structură

În spatele proceselor celulare esențiale, cum ar fi secreția de neurotransmițători sau transmisia de semnale electrice, se află canalele ionice, care conferă celulelor capacități electrice și excitabile. Iar atunci când eșuează, pot apărea numeroase patologii (despre care vom vorbi mai târziu).

Structura canalelor ionice apare sub formă de proteine ​​transmembranare și acționează ca un sistem de poartă pentru a regla trecerea ionilor (potasiu, sodiu, calciu, clor etc.) prin pori.

Pana acum cativa ani se credea ca porii si senzorul de tensiune erau cuplati printr-o linker sau „linker” (o spirală de aproximativ 15 aminoacizi), care poate fi activat odată cu mișcarea senzorului Voltaj. Acest mecanism de cuplare între cele două părți ale canalului ionic este mecanismul canonic care a fost întotdeauna teoretizat.

Cu toate acestea, recent, noi cercetări au descoperit o altă cale care implică un segment de aminoacizi format dintr-o parte din senzorul de tensiune și o parte din por. Aceste două segmente s-ar potrivi împreună ca un fermoar pentru a declanșa deschiderea sau închiderea canalului. La rândul său, acest nou mecanism ar putea explica descoperirile recente, în care unele canale ionice dependente de tensiune (unele responsabile de funcții precum bătăile inimii) cu doar a linker.

Canalele ionice dependente de tensiune sunt doar unul dintre tipurile de canale existente, dar există mai multe: să vedem ce urmează.

• Te-ar putea interesa: "Care sunt părțile neuronului?"

Tipuri de canale ionice

Mecanismele de activare a canalelor ionice pot fi de mai multe tipuri: prin ligand, prin tensiune sau prin stimuli mecanosensibili.

1. Canale ionice dependente de ligand

Aceste canale ionice deschis ca răspuns la legarea anumitor molecule și neurotransmițători. Acest mecanism de deschidere se datorează interacțiunii unei substanțe chimice (care poate fi un hormon, o peptidă sau un neurotransmițător) cu o parte a canalului numită receptor, care generează o modificare a energiei libere și modifică conformația proteinei, deschizând canal.

Destinatarul acetilcolina (un neurotransmitator implicat in transmiterea semnalelor intre nervii motori si muschi) de tip nicotinic, este unul dintre cele mai studiate canale ionice dependente de ligand. Este compus din 5 subunități de 20 de aminoacizi și este implicat în funcții de bază precum controlul voluntar al mișcării, memoriei, atenției, somnului, vigilenței sau anxietății.

2. canale ionice dependente de tensiune

Genul acesta de canale deschis ca răspuns la modificările potenţialului electric de-a lungul membranei plasmatice. Canalele ionice dependente de tensiune sunt implicate în transmiterea impulsurilor electrice, generând potențialele de acțiune datorate modificărilor diferenței sarcinilor electrice de pe ambele părți ale membrană.

Fluxul de ioni are loc în două procese: prin activare, un proces dependent de tensiune: canalul se deschide ca răspuns la modificările potențialului membranei (diferența de potențial electric de ambele părți ale membrană); și inactivarea, un proces care reglează închiderea canalului.

Funcția principală a canalelor ionice dependente de tensiune este generarea potenţialelor de acţiune şi propagarea acestora. Există mai multe tipuri, iar principalele sunt:

2.1. Canal Na+

Sunt proteine ​​transmembranare care permit trecerea ionilor de sodiu prin celulă. Transportul ionilor este pasiv si depinde doar de potentialul electrochimic al ionului (nu necesita energie sub forma unei molecule de ATP). În neuroni, canalele de sodiu sunt responsabile pentru faza de creștere a potențialului de acțiune. (depolarizare).

2.2. Canalul K+

Aceste canale ionice constituie grupul cel mai eterogen de proteine ​​structurale membranare. În neuroni, depolarizarea activează canalele K+ și facilitează ieșirea K+ din celula nervoasă, ducând la o repolarizare a potențialului de membrană.

23. Canal Ca++

Ionii de calciu promovează fuziunea membranei veziculelor sinaptice (structuri situate în capătul axonului neuronal și responsabil de secretarea neurotransmițătorilor) cu membrana terminală a axonului la neuron, stimularea eliberării de acetilcolină în fanta sinaptică printr-un mecanism de exocitoză.

2.4. Canalul Cl

Acest tip de canale ionice sunt responsabile pentru reglarea excitabilității celulare, transportul între celule, precum și gestionarea pH-ului și a volumului celular. Canalele situate în membrană stabilizează potențialul membranei în celulele excitabile. sunt deasemenea responsabil de transportul între celule de apă și electroliți.

3. Canale ionice reglate de stimuli mecanosensibili

Aceste canale ionice deschis ca răspuns la acțiunile mecanice. Ele pot fi găsite, de exemplu, în corpusculii lui Paccini (receptorii senzoriali din piele care răspund la vibrații rapide și la presiune mecanică profundă), care se deschid prin întinderea membranei celulare prin aplicarea tensiunii și/sau presiune.

Canalopatii: patologii asociate acestor molecule

Din punct de vedere fiziologic, canalele ionice sunt esențiale pentru echilibrul homeostatic al organismului nostru. Disfuncția sa provoacă o serie întreagă de boli, cunoscute sub numele de canalopatii. Acestea pot fi produse prin două tipuri de mecanisme: modificări genetice și boli autoimune.

Printre modificările genetice, există mutații care apar în regiunea de codificare a genei pentru un canal ionic. Este obișnuit ca aceste mutații să producă lanțuri polipeptidice care nu sunt procesate corect și nu sunt încorporate în membrana plasmatică; sau, când subunitățile se împerechează și formează canalele, acestea nu sunt funcționale.

O altă posibilitate frecventă este ca, deși sunt canale funcționale, acestea ajung să prezinte o cinetică alterată. În orice caz, acestea conduc adesea la câștigul sau pierderea funcției canalului.

De asemenea pot apărea mutații în regiunea promotoare a genei care codifică un canal ionic. Acest lucru poate cauza subexprimarea sau supraexprimarea proteinei, producând modificări ale numărului de canale, care ar determina, de asemenea, o creștere sau scădere a funcționalității acesteia.

În prezent, sunt cunoscute multiple patologii asociate canalelor ionice în diferite țesuturi. La nivel musculo-scheletal, mutații în canalele Na+, K+, Ca++ și Cl- dependente de voltaj și în canalul acetilcolină duce la tulburări precum paralizia hiperkaliemică și hipokaliemică, miotonie, hipertermie malignă și miastenie.

La nivel neuronal, s-a propus ca modificări ale canalelor de Na+, canalele K+ și Ca++ dependente de voltaj. prin tensiune, canalul activat de acetilcolină sau cel activat de glicină, ar putea explica tulburări precum epilepsia, ataxia migrenă episodică, migrenă hemiplegică familială, sindrom Lambert-Eaton, boala Alzheimer, boala Parkinson și schizofrenie.

Referințe bibliografice:

• J. T. Menéndez, „Porii și canalele ionice reglează activitatea celulară”, în Anales de la Real Academia Nacional de Farmacia, 2004, p. 23.
• Ana I. Fernandez-Marino, Tyler J. Harpole, Kevin Oelstrom, Lucie Delemotte și Baron Chanda. „Hărțile de interacțiune Gating dezvăluie un mod de cuplare electromecanic necanonic în canalul Shaker K+”. Nature Structural & Molecular Biology 25: 320–326, aprilie 2018.
• g. Eisenman și J. A. Dani. Ann (1987). O introducere în arhitectura moleculară și permeabilitatea canalelor ionice. Rev. Biophys. Biophys. Chemm, 16 ani. pp. 205-226.
• Aidley, D. J. (1989) Fiziologia celulelor excitabile. Cambridge University Press.