Los canales iónicos son proteínas que atraviesan la membrana permitiendo el pasaje de iones a favor de su gradiente de potencial electroquímico

González Corona Patricia Jocelyn

Canales iónicos

Los canales iónicos son proteínas que atraviesan la membrana permitiendo el pasaje de iones a favor de su gradiente de potencial electroquímico. Estructuralmente, los canales conforman un poro que provee de un ambiente energéticamente favorable para que los iones los atraviesen. Están constituidos por regiones hidrofóbicas en contacto con las cadenas hidrocarbonadas de los lípidos, y por regiones hidrofílicas encerradas en el interior y protegidas del ambiente hidrofóbico, que interaccionan con los iones, permitiendo así, el paso de los mismos de un lado al otro de la membrana. Estas regiones hidrofílicas conforman lo que se conoce como el poro del canal. El poro de cada canal tiene, aunque no siempre, una secuencia de aminoácidos que selecciona el pasaje preferencial de un ión respecto de otro, en función de sus cargas y de la disposición espacial de los mismos. A estas regiones se las conoce como filtros de selectividad. Así, aquellos canales con filtros de selectividad conformados por aminoácidos cargados positivamente serán canales aniónicos, mientras que aquellos conformados por aminoácidos cargados negativamente serán canales catiónicos. A la vez, algunos canales catiónicos, permitirán el paso preferencial de un catión respecto de otro, lo que también se aplica para los canales aniónicos. A esta capacidad de seleccionar de modo preferencial el pasaje de un ión respecto de otro se lo conoce como permeabilidad selectiva o perm-selectividad iónica. Es de destacar que no existen canales exclusivos para un sólo ión, si bien algunos canales tienen una perm-selectividad tan alta para un ión respecto de otro, que se los puede considerar casi exclusivos. Sin embargo, existe una amplia variedad de canales que son no selectivos, es decir que son permeables a una gran variedad de iones (por ejemplo, existen canales catiónicos no selectivos que permiten el pasaje prácticamente idéntico de Na+ y K+).[pic 1]

Estructura de los canales iónicos

Los canales iónicos son complejos heteromultiméricos formados por el ensamblaje de varias proteínas que se encuentran embebidas total o parcialmente en la membrana a las que denominamos subunidades. Los canales constan de una subunidad alfa que forman el poro hidrofílico que comunica los espacios intra y extracelular y permite el rápido paso de iones a través de las membranas celulares. 

Los canales de Na+ con cuatro dominios (p.ej. los canales de Ca2+ y Na+) o de cuatro proteínas de un único dominio (canales de K+) o "subunidad alfa". Ésta se ensambla con otras subunidades beta que regulan los mecanismos de apertura y cierre de los canales en función del potencial de membrana.

Sin embargo, los canales iónicos no son simples poros acuosos conductores, sino que, presentan:

Un filtro de selectividad, que determina que ión que se mueve a su través. El mecanismo de selectividad se basa tanto en el tamaño del ión en su forma hidratada como en su carga, de modo que ciertos residuos del canal se alinean en el poro e interaccionan con los iones, formando barreras termodinámicas que favorecen el paso de un determiando ión. Así los canales de K+, son 10000 veces más permeables para el K+ que para el Na +. En general, el poro de los canales voltaje-dependientes es altamente selectivo para un determinado ión, mientras que los activados por receptores presentan menor selectividad y pueden, en muchos casos, conducir aniones o cationes a su través.

Compuertas que se abren o se cierran en respuesta a estímulos externos y controlan la permeabilidad de la membrana. En respuesta a diversos estímulos, las proteínas del canal son capaces de adoptar diversos estados o conformaciones estructurales. Los canales activados por cambios de voltaje presentan, al menos, un estado conductor (estado abierto o activo) y dos o más no-conductores (estados inactivo y de reposo). Los cambios conformacionales de la proteína entre los distintos estados se producen de forma muy rápida (< 10 ?s) y se denominan gating. El estado abierto permite el paso de iones a su través. [pic 2]

La apertura y cierre de los canales iónicos es controlada por un sensor eléctrico, químico o mecánico. En los canales activados por cambios voltaje el sensor está determinado por varios aminoácidos con carga positiva que se localizan en el segmento S4, que actúa como un dipolo eléctrico, y los segmentos S2 y S3. Durante la despolarización celular el segmento se mueve a través de la membrana, cambiando la estructura terciaria del canal. El movimiento del sensor de voltaje crea un movimiento de cargas (llamado corriente de compuerta o de gating) que cambia la energía libre que modifica la estructura terciaria del canal abriéndolo o cerrándolo.

Tipos de Canales Iónicos

Canales dependientes de voltaje en los que el gating (apertura-cierre) que regula el flujo de iones a través de membranas celulares se produce en respuesta a cambios en el potencial transmembrana eléctrica. Su función principal es la generación y propagación de los potenciales de acción. Pueden adoptar durante el potencial de acción tres estados conformacionales: un estado conductor (abierto-O o estado activo) y dos no-conductores (inactivos -I y los estados de reposo R). El estado R no permite el paso de iones, pero los canales se pueden abrir desde el estado R en respuesta a estímulos específicos. Cuando la célula se despolariza, los canales la R al estado O, es decir, los canles se activan-abren, permitiendo el paso de iones a través de la membrana de la célula que genera una corriente iónica. Sin embargo, si la despolarización se mantiene, la probabilidad canal abierto disminuye como resultado del proceso de inactivación se iniciaron simultáneamente mediante el proceso de activación. A continuación el canal entra en un estado I- cerrado del cual el canal no puede ser reabierto hasta que se vuelve al estado R. Para que el canal vuelva a abrirse es necesario que regrese al estado de reposo, desde el que éste puede reabrirse. Este paso del estado inactivo al de reposo, se denomina reactivación del canal y se produce durante la repolarización celular. Por lo tanto, la magnitud de la corriente que atraviesa la membrana depende de la densidad de los canales, la conductancia del canal abierto y cuánto tiempo el canal permanece en el estado abierto.

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