Struttura dei canali ionici, funzioni, tipi

IL Canali ionici Sono strutture di membrana cave che formano dotti o pori che attraversano lo spessore della membrana e comunicano l'esterno della cellula con il suo citosol e viceversa; Alcuni potrebbero avere un sistema di gate che regola la sua apertura.

Questi canali sono pieni di acqua e controllano il passaggio di ioni specifici da un lato all'altro della membrana. Sono formati da proteine ​​tipiche delle membrane cellulari che formano strutture a forma di tubo cilindriche che le attraversano.

Conformazione aperta e chiusa di un canale ionico (Fonte: Efazzari [CC BY-SA 4.0 (https: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/4.0)] via Wikimedia Commons)

I meccanismi di trasporto attraverso queste membrane possono essere ampiamente classificati nel trasporto passivo o attivo. Le passività sono quelle che consentono il passaggio di sostanze a favore dei loro gradienti di concentrazione, nel frattempo le attività richiedono il consumo di energia, poiché spostano le sostanze dai loro gradienti di concentrazione.

I canali ionici costituiscono un meccanismo di trasporto passivo che può essere classificato in base alla loro specificità, cioè, secondo il tipo di ione che lasciano passare o, a seconda del modo in cui si aprono o si chiudono o si chiudono.

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La funzione principale di questi sistemi di trasporto membranale è consentire il passaggio regolato di sostanze all'interno o all'esterno delle cellule e quindi mantenere concentrazioni intracellulari di ioni e altre sostanze.

La presenza di membrane cellulari e canali ionici fondamentalmente per il mantenimento delle differenze di concentrazione tra terreni intracellulari ed extracellulari, che ha rilevanza da molti punti di vista.

I canali ionici, in particolare quelli del ligando dipendente, sono molto importanti nella farmacologia e nella medicina, poiché molti farmaci possono imitare le funzioni dei ligandi naturali e unirsi al canale, aprendolo o chiusura, a seconda dei casi.

Altri farmaci sono in grado di bloccare il sito dell'Unione e quindi prevenire l'azione del ligando naturale.

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Struttura

La struttura dei canali ionici è formata da specifiche proteine ​​transmembrane che hanno una forma tubulare e lasciano un poro o un foro che consente la comunicazione tra l'interno ed esterno della cellula o tra compartimenti intracellulari (organelli).

Ogni canale ionico implica una specifica proteina strutturale della membrana e sono stati descritti più di 100 geni che codificano canali ionici specifici.

Per il canale del sodio, ad esempio, 10 geni chiamati Scn che codificano diverse proteine ​​distribuite in tessuti diversi con particolari funzioni e strutture.

Allo stesso modo, una notevole quantità di geni che codificano diverse proteine ​​che costituiscono canali di potassio che appartengono a famiglie diverse e hanno meccanismi diversi per l'attivazione, l'apertura e l'inattivazione.

Struttura proteica di un canale ionico

Tipicamente, un canale ionico funzionale associato a una membrana è composto dall'assemblaggio da 4 a 6 subunità polipeptidiche simili (oligomeri Homo) o diversi (oligomeri etero) che formano un poro centrale tra di loro.

Schema delle subunità membraneli di un canale ionico (Fonte: Efazzari [CC BY-SA 4.0 (https: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/4.0)] via Wikimedia Commons)

Ogni subunità varia in base alle caratteristiche e alle proprietà del canale, poiché molti sono specifici per determinati ioni e hanno diversi meccanismi di apertura e chiusura.

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Alcuni canali sono costituiti da una singola catena polipeptidica organizzata in motivi ripetuti che stanno attraversando lo spessore della membrana e funzionano come l'equivalente di una subunità proteica più volte.

Oltre a queste subunità, che sono conosciute in letteratura come subunità α, alcuni canali ionici hanno anche una o più subunità ausiliarie (ß o γ) che regolano l'apertura e la chiusura.

La specificità di ciascun canale è correlata al diametro del poro formato dalle proteine ​​transmembranali e dalle catene laterali (─R) degli aminoacidi che li costituiscono.

In questo modo, ci sono canali che mancano solo sodio, potassio, ioni di calcio e così via, perché le catene laterali funzionano come "setaccio".

Caratteristiche strutturali aggiuntive

Un'altra caratteristica importante di molti canali sono le porte. I canali con queste proprietà possono essere aperti o chiusi davanti ai cambiamenti locali che si verificano nel microenching membrano che circonda il canale.

A seconda del tipo di canale, queste variazioni possono essere meccaniche, termiche (variazioni di temperatura), elettriche (variazioni di tensione) o sostanze chimiche (legando un ligando).

Tuttavia, nei canali ionici passivi così chiamati, che sono quelli che rimangono aperti e consentono la fase specifica degli ioni determinati, queste strutture non hanno porte o sono sensibili ai ligandi o ad altri tipi di stimoli.

In altri canali ionici, che sono sensibili alla presenza o alla connessione dei ligandi, esiste un sito di legame per il ligando sul lato extracellulare o al citosol cellulare e in questi casi i pori o i canali hanno un gate che può essere aperto o chiuso Secondo lo stato del suo ligando.

Meccanismo dei secondi Messaggeri per l'apertura o la chiusura dei canali

Nel caso di avere un posto per il ligando nella porzione intracellulare, questi canali di solito hanno secondi messaggeri come i ligandi. Un esempio di canali ionici che si aprono o vicini da meccanismi dei secondi messaggeri è quello dei recettori olfattivi:

Le molecole odorifere si legano ai loro recettori sul lato extracellulare. Questi recettori, a loro volta, sono attaccati a una proteina G che viene attivata che, a sua volta, attiva la proteina adenilciclasi che forma AMPC, che è un secondo messaggero.

L'AMPC si unisce a un sito di giunzione intracellulare di canali di calcio, risultando nella sua apertura e ingresso di calcio nella cellula.

Come se fosse un effetto domino, il calcio si unisce a un sito per collegare un altro canale di cloro, che genera la sua apertura e uscita di questo ione, causando la depolarizzazione della cellula olfattiva.

È importante notare che i cambiamenti generati dai ligandi o dagli stimoli che influenzano i canali ionici corrispondono ai cambiamenti conformazionali delle proteine ​​che costituiscono la struttura del canale.

In altre parole, i cambiamenti conformazionali che possono muovere un cancello e chiudere o aprire un canale non sono altro che l'approccio o la distanza delle subunità proteiche che lo compongono.

Altre meccanismi di attivazione e inattivazione

Alcuni canali, in particolare i canali dipendenti dalla tensione, possono inserire uno stato refrattario durante il quale la stessa variazione di tensione che li ha attivati ​​ora non li attiva più.

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Ad esempio, nei canali di calcio dipendenti dalla tensione, la variazione di tensione apre il canale e il calcio entra e, una volta all'interno della cella, lo stesso ione si unisce a un sito di giunzione del canale articolare e si chiude.

Un'altra forma di inattivazione reversibile del canale del calcio che spiega la sua refrattario dopo l'attivazione è la parasforilazione del canale a causa dell'aumento della concentrazione interna del calcio.

Cioè, un canale di calcio può essere inattivato irreversibilmente a causa della presenza di concentrazioni patologicamente elevate dello ione, che mediano il reclutamento di enzimi che si svolgono di altre proteine ​​attivate dal calcio.

I canali regolati dal ligando possono entrare in uno stato refrattario quando sono estesi prolungati al loro ligando, ricevendo questo meccanismo il nome di desensibilizzazione.

Farmaci, veleni e tossine possono influenzare la regolazione dei canali ionici, chiuderli o mantenerli aperti o, in alcuni casi, occupando il sito del ligando e quindi interferendo con la loro funzione.

Funzioni

I canali ionici hanno molteplicità di funzioni, diretta o indiretta.

- Sono responsabili della regolazione del flusso di ioni attraverso il plasma e le membrane organitarie di tutte le cellule.

- Consenti l'esistenza di controllo sulle concentrazioni intracellulari dei diversi ioni.

- Nei neuroni e nelle cellule muscolari, i canali ionici controllano le variazioni del potenziale di membrana che si verificano durante i potenziali d'azione e durante i potenziali post -sinaptici post -sinaptici delle cellule effettrici.

- I canali di calcio che generano flussi di calcio netti nello spazio intracellulare sono responsabili dell'attivazione di numerosi enzimi e proteine ​​che partecipano a molti processi metabolici.

- Allo stesso modo, l'aumento del calcio a causa di un aumento del trasporto avvia il meccanismo di liberazione dei neurotrasmettitori nello spazio sinaptico dei neuroni.

- Pertanto, la funzione dei canali ionici è anche correlata ai meccanismi di comunicazione cellulare.

Generale del trasporto attraverso la membrana

Come affermato sopra, i meccanismi di trasporto membrana possono essere attivi o responsabilità secondo l'energia della cellula dove si trovano. I meccanismi passivi sono classificati come semplice diffusione e diffusione facilitata.

Semplice diffusione

La semplice diffusione consente il passaggio attraverso la struttura fosfolipidica di molecole di grasso di grasso di piccole dimensioni, con caratteristiche apolare e senza carico.

Pertanto, ad esempio, gas come ossigeno (O2) e anidride carbonica (CO2), etanolo e urea, per citarne alcuni, passano a favore del loro gradiente di concentrazione.

Diffusione facilitata

La diffusione disseminata è quella facilitata dalla proteina e questo meccanismo di trasporto passivo ci sono due tipi: canali ionici e proteine ​​di trasporto o proteine ​​di trasporto.

I canali ionici sono il meccanismo più utilizzato dalle cellule di trasporto ionico che non possono passare per una semplice diffusione, sia perché hanno la carica elettrica e i fosfolipidi a membrana li respingono, a causa della loro dimensione e polarità o qualsiasi altra caratteristica.

La diffusione fornita dalle proteine ​​di trasporto viene utilizzata per il trasporto di sostanze più grandi con o senza carico, come glucosio e altri zuccheri.

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Il trasporto membrano attivo è quello che si verifica rispetto al gradiente di concentrazione del soluto che viene trasportato e richiede il consumo di energia a forma di ATP. Tra i trasportatori di questo tipo ci sono le pompe e il trasporto vescicolare.

Come esempio delle pompe è il sodio/potassio, che prende tre sodioi e introduce due potassio. Ci sono anche pompe di calcio.

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Come esempio di trasporto vescicolare sono endocitosi, esocitosi, pinocitosi e fagocitosi; Tutti questi meccanismi di trasporto attivi.

Tipi di canali ionici

Da questo punto, verrà fatto riferimento ai canali ionici che consentono il passaggio degli ioni attraverso una membrana a favore dei suoi gradienti di concentrazione, cioè sono canali di trasporto passivi.

Generalmente, ciascuno di questi canali è specifico per un singolo ione, con la condizione di alcuni canali che consentono il trasporto di coppie ioniche.

Schema strutturale di un canale ionico (Fonte: Outslider (Paweł Tokarz) a PL.Wikipedia [dominio pubblico] via Wikimedia Commons)

Un modo per classificare i canali ionici è raggrupparli in base al meccanismo responsabile della sua apertura. Pertanto, i canali passivi, i canali regolati da tensione (dipendente dalla tensione), canali regolati dal ligando e canali regolati da stimoli meccanici sono stati descritti.

- Canali passivi: Sono canali che sono permanentemente aperti e non rispondono a nessun tipo di stimolo; Questi sono specifici per determinati ioni.

- Canali dipendenti dalla tensione: Questi possono essere aperti o chiusi (a seconda del canale) di fronte ai cambiamenti nella tensione della membrana. Sono molto importanti per la segnalazione cellulare, specialmente nel sistema nervoso centrale dei mammiferi.

- Canali dipendenti dalla luce: anche chiamati canali con collegamento della porta o regolati dal collegamento, sono ampiamente distribuiti nelle diverse cellule del corpo dell'uomo, ma nel sistema nervoso costituiscono quei canali ionici attivati ​​dai neurotrasmettitori e sono essenziali per la trasmissione sinaptica e la segnaletica intercellulare.

Esempio di canali ionici dipendenti dal ligando attivati ​​dai neurotrasmettitori sono canali di sodio/potassio attivati ​​dal glutammato.

L'attivazione dei recettori colinergici, in questo caso l'unione di acetilcolina alla membrana postsinaptica (ligando del canale), apre canali di sodio dipendenti dal ligando e consente l'ingresso di questo ione dopo il gradiente di concentrazione.

- Canali regolati da stimoli meccanici: Sono canali che possono essere attivati ​​per distensione o pressione. Queste forze meccaniche vengono trasmesse al canale attraverso il citoscheletro e si apre il canale.

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