Il canali ionici sono strutture di membrana cave che formano condotti o pori che attraversano lo spessore della membrana e comunicano l'esterno della cellula con il suo citosol e viceversa; alcuni possono avere un sistema di cancello che ne regola l'apertura.
Questi canali sono riempiti d'acqua e controllano il passaggio di ioni specifici da un lato all'altro della membrana. Sono formati da alcune proteine tipiche delle membrane cellulari che formano strutture tubolari cilindriche che le attraversano in larghezza..
I meccanismi di trasporto attraverso queste membrane possono essere ampiamente classificati in trasporto passivo o attivo. I passivi sono quelli che consentono il passaggio delle sostanze a favore dei loro gradienti di concentrazione, mentre quelli attivi richiedono il consumo di energia, poiché spostano le sostanze contro i loro gradienti di concentrazione..
I canali ionici costituiscono un meccanismo di trasporto passivo che può essere classificato in base alla loro specificità, cioè in base al tipo di ione che lasciano passare, o in base al modo in cui si aprono o si chiudono..
La funzione principale di questi sistemi di trasporto a membrana è quella di consentire il passaggio regolato di sostanze dentro o fuori le cellule e quindi mantenere le concentrazioni intracellulari di ioni e altre sostanze..
La presenza di membrane cellulari e canali ionici è essenziale per il mantenimento delle differenze di concentrazione tra i mezzi intracellulari ed extracellulari, che è rilevante da molti punti di vista..
I canali ionici, in particolare quelli ligandi dipendenti, sono molto importanti in farmacologia e medicina, poiché molti farmaci possono imitare le funzioni dei ligandi naturali e quindi legarsi al canale, aprendolo o chiudendolo, a seconda dei casi..
Altri farmaci sono in grado di bloccare il sito di legame e quindi impedire l'azione del ligando naturale.
Indice articolo
La struttura dei canali ionici è costituita da specifiche proteine transmembrana che hanno una forma tubolare e lasciano un poro o foro che permette la comunicazione tra l'interno e l'esterno della cellula o tra i compartimenti intracellulari (organelli)..
Ciascun canale ionico coinvolge una specifica proteina di membrana strutturale 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 per differenti proteine distribuite in differenti tessuti con particolari funzioni e strutture.
Allo stesso modo, è stata descritta una quantità considerevole di geni che codificano diverse proteine che compongono i canali del potassio che appartengono a famiglie diverse e hanno meccanismi di attivazione, apertura e inattivazione differenti..
Tipicamente, un canale ionico funzionale associato a una membrana è composto dall'assemblaggio di 4-6 subunità polipeptidiche simili (omo oligomeri) o differenti (eterooligomeri) che formano un poro centrale tra di loro..
Ogni subunità varia in base alle caratteristiche e proprietà del canale, poiché molte sono specifiche per determinati ioni e hanno meccanismi di apertura e chiusura diversi..
Alcuni canali sono costituiti da un'unica catena polipeptidica organizzata in motivi ripetuti che attraversano più volte lo spessore della membrana e funzionano come l'equivalente di una subunità proteica..
Oltre a queste subunità, note in letteratura come subunità α, alcuni canali ionici hanno anche una o più subunità ausiliarie (ß o γ) che ne regolano l'apertura e la chiusura..
La specificità di ciascun canale è correlata al diametro del poro formato dalle proteine transmembrana e dalle catene laterali (─R) degli amminoacidi che le compongono..
In questo modo, ci sono canali che lasciano passare solo sodio, potassio, ioni calcio e così via, poiché le catene laterali funzionano come un "setaccio".
Un'altra caratteristica importante di molti canali sono le porte. I canali con queste proprietà possono aprirsi o chiudersi contro i cambiamenti locali che si verificano nel microambiente della membrana che circonda il canale..
A seconda del tipo di canale, questi cambiamenti possono essere meccanici, termici (cambiamenti di temperatura), elettrici (cambiamenti di tensione) o chimici (legame di un ligando).
Tuttavia, nei cosiddetti canali ionici passivi, che sono quelli che rimangono aperti e consentono il passaggio specifico di determinati ioni, queste strutture non hanno gate o sono sensibili ai ligandi o ad altri tipi di stimoli..
In altri canali ionici, che sono sensibili alla presenza o al legame di ligandi, c'è un sito di legame per il ligando sia sul lato extracellulare che verso il citosol cellulare e in questi casi i pori o canali hanno una porta che può essere aperta o chiusa in base allo stato del tuo ligando.
Nel caso di avere un sito ligando nella porzione intracellulare, questi canali di solito hanno secondi messaggeri come ligandi. Un esempio di canali ionici che vengono aperti o chiusi da meccanismi di secondo messaggero è quello dei recettori olfattivi:
Le molecole di profumo si legano ai loro recettori sul lato extracellulare. Questi recettori, a loro volta, sono attaccati a una proteina G attivata che, a sua volta, attiva la proteina adenil ciclasi che forma l'AMPc, che è un secondo messaggero..
Il cAMP si lega a un sito di legame intracellulare di alcuni canali del calcio, che si traduce nella sua apertura e nell'ingresso del calcio nella cellula.
Come se fosse un effetto domino, il calcio si lega a un sito ligando di un altro canale del cloro, che genera la sua apertura e l'uscita di questo ione, provocando la depolarizzazione della cellula olfattiva.
È importante sottolineare che i cambiamenti generati dai ligandi o gli stimoli che influenzano i canali ionici corrispondono a 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'avvicinamento o l'allontanamento delle subunità proteiche che lo compongono..
Alcuni canali, in particolare i canali dipendenti dalla tensione, possono entrare in uno stato refrattario durante il quale la stessa variazione di tensione che li ha attivati ora non li attiva più..
Ad esempio, nei canali del calcio voltaggio-dipendenti, la variazione di tensione apre il canale e il calcio entra e, una volta all'interno della cellula, lo stesso ione si lega a un sito di legame del canale del calcio e il canale del calcio si chiude..
Un'altra forma di inattivazione reversibile del canale del calcio che spiega la sua refrattarietà dopo l'attivazione è la defosforilazione del canale dovuta all'aumento della concentrazione interna di calcio..
Cioè, un canale del calcio può essere irreversibilmente inattivato a causa della presenza di concentrazioni patologicamente elevate dello ione, che mediano il reclutamento degli enzimi di scissione di altre proteine attivate dal calcio..
I canali regolati dai ligandi possono entrare in uno stato refrattario se esposti al loro ligando per un lungo periodo, questo meccanismo viene chiamato desensibilizzazione..
Farmaci, veleni e tossine possono influenzare la regolazione dei canali ionici, chiudendoli o mantenendoli aperti o, in alcuni casi, occupando la sede del ligando e interferendo così con la sua funzione..
I canali ionici hanno una molteplicità di funzioni, dirette o indirette.
- Sono responsabili della regolazione del flusso di ioni attraverso il plasma e le membrane organellari di tutte le cellule..
- Consentono l'esistenza di un 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 postsinaptici delle cellule effettrici..
- I canali del calcio che generano flussi netti di calcio 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 dovuto a un aumento del suo trasporto avvia il meccanismo di rilascio dei neurotrasmettitori nello spazio sinaptico dei neuroni..
- Pertanto, la funzione dei canali ionici è anche correlata ai meccanismi di comunicazione cellulare..
Come affermato sopra, i meccanismi di trasporto della membrana possono essere attivi o passivi a seconda che consumino o meno energia dalla cellula in cui si trovano. I meccanismi passivi sono classificati in diffusione semplice e diffusione facilitata.
La semplice diffusione permette il passaggio attraverso la struttura fosfolipidica della membrana di molecole liposolubili di piccole dimensioni, con caratteristiche apolari e senza carica..
Così, ad esempio, gas come ossigeno (O2) e anidride carbonica (CO2), etanolo e urea, per citarne alcuni, passano a favore del loro gradiente di concentrazione.
La diffusione facilitata è quella facilitata dalle proteine e ci sono due tipi di questo meccanismo di trasporto passivo: canali ionici e proteine di trasporto o proteine trasportatrici..
I canali ionici sono il meccanismo più utilizzato dalle cellule per il trasporto di ioni che non possono passare per semplice diffusione, sia perché hanno una carica elettrica che i fosfolipidi della membrana li respingono, per la loro dimensione e polarità o per qualsiasi altra caratteristica..
La diffusione facilitata dalle proteine trasportatrici viene utilizzata per trasportare sostanze più grandi con o senza carica, come il glucosio e altri zuccheri..
Il trasporto attivo della membrana è quello che avviene contro il gradiente di concentrazione del soluto trasportato e richiede il consumo di energia sotto forma di ATP. Tra i trasportatori di questo tipo ci sono le pompe e il trasporto vescicolare.
Un esempio delle pompe è la pompa sodio / potassio, che rimuove tre sodio e introduce due potassio. Ci sono anche pompe per il calcio.
Esempi di trasporto vescicolare sono endocitosi, esocitosi, pinocitosi e fagocitosi; tutti questi meccanismi di trasporto attivi.
Da questo punto in poi si farà riferimento ai canali ionici che permettono il passaggio degli ioni attraverso una membrana a favore dei loro gradienti di concentrazione, cioè sono canali di trasporto passivi..
Generalmente ciascuno di questi canali è specifico per un singolo ione, ad eccezione di pochi canali che consentono il trasporto di coppie di ioni..
Un modo per classificare i canali ionici è raggrupparli in base al meccanismo responsabile della loro apertura. Pertanto, sono stati descritti canali passivi, canali regolati dalla tensione (dipendenti dalla tensione), canali regolati dal ligando e canali regolati da stimoli meccanici..
- Canali passivi: sono canali permanentemente aperti e non rispondono a nessun tipo di stimolo; questi sono specifici per alcuni ioni.
- Canali dipendenti dalla tensioneQuesti possono aprirsi o chiudersi (a seconda del canale) a fronte di cambiamenti nella tensione della membrana. Sono molto importanti per la segnalazione cellulare, specialmente nel sistema nervoso centrale dei mammiferi.
- Canali dipendenti dai ligandi: Chiamati anche canali regolati da ligando o regolati da ligando, sono ampiamente distribuiti in diverse cellule del corpo umano, ma nel sistema nervoso costituiscono quei canali ionici attivati dai neurotrasmettitori e sono essenziali per la trasmissione sinaptica e la segnalazione intercellulare.
Esempio di canali ionici dipendenti dal ligando attivati dai neurotrasmettitori sono i canali sodio / potassio attivati dal glutammato..
L'attivazione dei recettori colinergici, in questo caso il legame dell'acetilcolina alla membrana postsinaptica (channel ligand), apre i canali del sodio ligando-dipendenti e consente l'ingresso di questo ione seguendo il suo gradiente di concentrazione..
- Canali regolati da stimoli meccanici: Questi sono canali che possono essere attivati da sforzo o pressione. Queste forze meccaniche vengono trasmesse al canale attraverso il citoscheletro e il canale si apre.
Nessun utente ha ancora commentato questo articolo.