Canalul ionic

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Reprezentarea schematică a unui canal ionic: 1 - subunități proteice (de obicei 4 sau 5 pe canal), 2 - vestibul extern, 3 - filtru selectiv, 4 - diametru selectiv al filtrului, 5 - situs de fosforilare, 6 - membrană celulară .

Un canal ionic este o proteină trans-membranară (adică traversează membrana celulară ) care permite anumitor ioni să treacă din exterior în interiorul celulei sau invers. Canalele ionice sunt selective pentru una sau câteva specii ionice.

Prezența unor sarcini fixe puternice pe gura canalului face ca permeabilitatea sa să fie invers proporțională cu raza anhidră a ionilor pe măsură ce halo-ul de apă de solvație este îndepărtat (de exemplu, canalul de sodiu ). Prezența sarcinilor fixe slabe pe gura canalului face permeabilitatea sa invers proporțională cu raza hidratată a ionilor (de exemplu: canalul de potasiu și sulf).

Canalele a căror permeabilitate (și, prin urmare, specificitatea lor) nu este legată nici de raza anhidră, nici de cea hidratată, au o secvență de specificitate în interiorul căreia constă dintr-o serie de sarcini și o conformație spațială specifică care permite trecerea doar către anumite specii ionice .

Clasificare

Două tipuri particulare de canale ionice sunt dependente de tensiune și chimio. Aceste structuri sunt capabile să treacă de la o stare deschisă la o stare închisă sau inactivată după stimularea electrică sau chimică. Canalele dependente de chimio se pot deschide după legarea unui anumit messenger; sunt prezente în membranele post- sinaptice și se deschid după legarea unui neurotransmițător . Canalele închise la tensiune se deschid în urma unei depolarizări a membranei; de exemplu, canalele de sodiu și potasiu prezente în membranele axonice permit propagarea impulsurilor electrice în celulele nervoase .

Canalele ionice activate de ligand

Canalele ionice activate de ligand sunt, de asemenea, cunoscute sub numele de receptori ionotropi . Acestea constau din proteine ​​de membrană cu o structură similară cu alte canale ionice, dar care conțin un sit capabil să lege un ligand (receptor), de obicei în domeniul extracelular. Aceștia sunt receptorii asupra cărora acționează de obicei neurotransmițători rapid . Câteva exemple sunt receptorii colinergici nicotinici , receptorul GABA A și receptorii de glutamat de tip NMDA ( N -metil-D-aspartat), AMPA ( -amino-3-hidroxi-5-metil-4-izoxazolopropionat) și kainat .

Structura moleculară

Canalele ionice reglementate de ligand au caracteristici structurale comune cu alte canale ionice. Receptorul nicotinic al acetilcolinei este receptorul cel mai bine studiat. Acesta constă din asamblarea a patru subunități definite diferite , fiecare cu o masă moleculară de 40-58 kDa . Structura oligomerică ( ) are două situsuri de legare a acetilcolinei , fiecare situat la interfața dintre una dintre cele două subunități și subunitatea adiacentă.

Pentru a activa receptorul, ambele site-uri trebuie să lege o moleculă de acetilcolină . Fiecare subunitate traversează membrana de patru ori: în acest fel canalul este căptușit cu nu mai puțin de 20 -helice care traversează membrana formând peretele porului central.

Cele două situsuri de legare ale acetilcolinei sunt situate în regiunea N- terminală a celor două subunități . Una dintre helicele transmembranare (M2) aparținând fiecăreia dintre cele 5 subunități, formează peretele interior al canalului ionic. Cele 5 spirale M2 care formează porul sunt pliate spre interior la aproximativ jumătate din grosimea membranei, ducând astfel la o constricție; se crede că atunci când cele două molecule de acetilcolină se leagă de cele două situri specifice, - elicele îndoite se pot îndrepta astfel deschizând canalul.

Receptorii pentru unele dintre emițătoarele rapide, cum ar fi receptorul GABA A , receptorul 5- iar receptorul glicinei este construit pe același model; numărul de subunități utilizate pentru a constitui un receptor funcțional este variabil, deși de obicei este de 4 sau 5.

Mecanismul porții

Receptorii de acest tip controlează cele mai rapide evenimente sinaptice ale sistemului nervos în care un neurotransmițător acționează asupra membranei postsinaptice a unei celule nervoase sau musculare și crește temporar permeabilitatea sa la ioni anumiți. Majoritatea neurotransmițătorilor excitatori, cum ar fi acetilcolina la joncțiunea neuromusculară sau glutamatul din sistemul nervos central , determină o creștere a permeabilității la sodiu și potasiu . Aceasta produce în esență un curent de ioni de sodiu în celulă, care depolarizează și crește probabilitatea de a fi generate potențialele de acțiune . Acțiunea neurotransmițătorului crește într-o fracțiune de milisecundă și se descompune în câteva milisecunde. Viteza mare a acestui răspuns implică faptul că cuplarea dintre receptor și canalul ionic este directă; însăși structura moleculară a complexului receptor / canal confirmă acest lucru (vezi mai sus).

Canalele ionice ca țintă a drogurilor

Canalele ionice sunt alcătuite din molecule de proteine ​​dispuse pentru a forma porii umpluți cu apă care traversează membranele și sunt capabili să treacă de la o stare deschisă la o stare închisă. Intensitatea și direcția mișcării ionului prin por sunt guvernate de gradientul electrochimic pentru ionul în cauză. Acest factor depinde de concentrația de ioni de pe ambele părți ale membranei și de potențialul membranei. Canalele ionice sunt caracterizate:

  • selectivitatea lor pentru anumite specii ionice, care depinde de mărimea porului și de natura acoperirii sale interne
  • proprietățile lor de poartă (adică mecanismul care controlează tranziția între starea deschisă și închisă a canalului)
  • din arhitectura lor moleculară
Canalele ionice ca țintă a drogurilor
Canalele ionice Blocante Modulatori
, activat de tensiune Anestezice locale Veratridină
, tubul renal Amiloride Aldosteron
, activat de tensiune Cationi bivalenti Agoniști -adrenergic
, activat de tensiune 4-aminopiridină
, Sensibil la ATP ATP Sulfoniluree
, Activat GABA Picrotoxină Benzodiazepine
Canale cationice, activat cu glutamat (NMDA) Ketamina Glicină

Selectivitate

Canalele sunt, în general, selective pentru cationi sau anioni .

  • Canalele selective pentru cationi pot fi selective pentru , sau sau pot fi neselectivi și nepermeabili pentru toți acești trei ioni.
  • Canalele anionice sunt permeabile în principal , deși există și alte tipuri.

Reglare canal

Canalele reglate de tensiune

Majoritatea canalelor reglate în tensiune se deschid ca urmare a depolarizării membranei celulare . Ele formează un grup foarte important, deoarece funcția lor stă la baza mecanismului de excitabilitate a membranei. Cele mai importante canale din acest grup sunt selective pentru sodiu , potasiu sau calciu . În general, deschiderea canalului ( activare ) indusă de depolarizarea membranei este de scurtă durată; acest lucru se întâmplă chiar dacă se menține depolarizarea. În unele canale, activarea inițială a canalelor este urmată de un proces de inactivare mai lent.

Canale reglementate de liganzi

Canalele reglementate de un ligand sunt activate prin legarea unei substanțe chimice la un sit de pe molecula canalului. În acest fel acționează neurotransmițătorii rapizi, cum ar fi glutamatul , acetilcolina , GABA și ATP care leagă siturile situate pe partea exterioară a membranei. Unele canale activate de liganzii membranei plasmatice răspund la semnalele intracelulare mai degrabă decât la semnalele extracelulare, printre cele mai importante sunt:

  • canale de potasiu -activat , localizat în majoritatea celulelor, se deschide când nivelurile de intracelular crește și hiperpolarizează celula .
  • Canalele de potasiu sensibile la ATP , care se deschid atunci când concentrația intracelulară de ATP scade din cauza scăderii alimentării cu energie a celulei; aceste canale, destul de diferite de cele care mediază efectele excitatorii ale ATP extracelular, sunt prezente într-un număr destul de mare de celule nervoase și musculare, precum și în celulele care secretă insulină , unde fac parte din mecanismul care leagă secreția de insulină la concentrația de glucoză din sânge.
  • receptorul vaniloid , al cărui site de legare pentru capsaicină este situat pe partea citoplasmatică a moleculei.

Canalele care eliberează calciu

Canalele care eliberează calciu sunt prezente pe reticulul endoplasmatic și sarcoplasmatic , dar nu în membrana celulară . Principalele sunt receptorii pentru pentru ryanodină și constituie o clasă specială de canale de calciu activate de ligand care controlează eliberarea de din locurile de acumulare intracelulare.

Canalele de calciu acționate de acumularea intracelulară de calciu

Când siturile de acumulare intracelulară ale sunt epuizate, canalele membranei plasmatice deschise permițând intrarea . Aceste canale activate de nivelurile acumulate de calciu intracelular (canale operate de magazin, SOC) sunt importante pentru mecanismul de acțiune al multor GPCR care stimulează eliberarea de . Deschiderea SOC-urilor permite menținerea unor niveluri intracelulare adecvate de chiar și atunci când siturile de acumulare sunt epuizate și reprezintă un sistem de umplere a siturilor de acumulare intracelulare.

Farmacologia canalelor ionice

Controlul și permeația atât a canalelor ionice de tensiune, cât și a celor activate cu ligand sunt modulate de mai mulți factori.

  • Liganzi care se leagă direct de diferite locuri ale canalului . Printre aceștia se află mulți neurotransmițători , precum și o varietate de medicamente și toxine care acționează diferit, de exemplu prin blocarea canalului sau influențarea proceselor de activare, facilitând sau inhibând astfel deschiderea canalului.
  • Mediatori de droguri care acționează indirect , în principal prin activarea GPCR . Aceștia din urmă își produc efectele prin influențarea stării de fosforilare a aminoacizilor individuali localizați în regiunea intracelulară a proteinei de canal. Deschiderea canalului poate fi facilitată sau inhibată în funcție de care reziduuri sunt fosforilate. Medicamente precum opiaceele și agoniștii -adrenergici afectează canalele de calciu și potasiu în acest fel, producând o mare varietate de efecte celulare.
  • Semnalele intracelulare, în special și nucleotide precum ATP și GTP . Multe canale ionice posedă site-uri de legare pentru acești mediatori intracelulari. Creșterea nivelurilor intracelulare de deschide anumite canale de potasiu și dezactivează canalele de calciu activate de tensiune. Aceleași niveluri de celulele intracelulare sunt afectate de funcția canalului ionic și de GPCR.

Canalul ionic în art

Nașterea unei idei (Birth of an Idea) (2007) de Julian Voss-Andreae . Sculptură comandată de Roderick MacKinnon și bazată pe coordonatele atomice ale moleculei, determinată de grupul lui MacKinnon în 2001.

Roderick MacKinnon a comandat Nașterea unei idei, o sculptură înaltă de 1,5 m, bazată pe canalul de potasiu KcsA [1] . Lucrarea conține un fir metalic care reprezintă interiorul canalului și un obiect din sticlă suflată care reprezintă cavitatea principală a structurii canalului.

Notă

  1. ^ Philip Ball, Creuzetul: arta inspirată de știință ar trebui să fie mai mult decât o simplă imagine , în Chemistry World , vol. 5, nr. 3, martie 2008, pp. 42–43. Adus la 12 ianuarie 2009 .

linkuri externe

Controlul autorității Tesauro BNCF 51725 · LCCN (EN) sh85067794 · GND (DE) 4138699-1 · BNF (FR) cb12067337j (dată) · BNE (ES) XX545265 (dată) · NDL (EN, JA) 00.617.146