Estrutura de canais iônicos, funções, tipos

O canais iônicos São estruturas membranais ocas que formam dutos ou poros que atravessam a espessura da membrana e comunicam o exterior da célula com seu citosol e vice -versa; Alguns podem ter um sistema de portão que regula sua abertura.

Esses canais estão cheios de água e controlam a passagem de íons específicos de um lado para o outro da membrana. Eles são formados por proteínas típicas das membranas celulares que formam estruturas em forma de tubo cilíndrico que os passam por eles.

Conformação aberta e fechada de um canal iônico (Fonte: Efazzari [CC BY-SA 4.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenças/BY-SA/4.0)] via Wikimedia Commons)

Os mecanismos de transporte através dessas membranas podem ser amplamente classificados em transporte passivo ou ativo. Os passivos são aqueles que permitem a passagem de substâncias a favor de seus gradientes de concentração, enquanto isso os ativos requerem consumo de energia, pois deslocam substâncias contra seus gradientes de concentração.

Os canais iônicos constituem um mecanismo de transporte passivo que pode ser classificado de acordo com sua especificidade, isto é, de acordo com o tipo de íons que eles deixaram passar, ou dependendo da maneira como eles abrem ou fecham ou fecham.

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A principal função desses sistemas de transporte membranal é permitir a passagem regulada de substâncias dentro ou fora das células e, assim, manter concentrações intracelulares de íons e outras substâncias.

A presença de membranas celulares e canais iônicos fundamentalmente para a manutenção de diferenças de concentração entre meios intracelulares e extracelulares, que têm relevância de muitos pontos de vista.

Os canais iônicos, especialmente os ligantes dependentes, são muito importantes em farmacologia e medicina, uma vez que muitos medicamentos podem imitar as funções dos ligantes naturais e se juntar ao canal, abrindo ou fechando, como o caso pode ser o caso.

Outros medicamentos são capazes de bloquear o local da União e, assim, impedir a ação do ligante natural.

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Estrutura

A estrutura dos canais iônicos é formada por proteínas transmembranares específicas que têm uma forma tubular e deixam um poro ou orifício que permite a comunicação entre o interior e o exterior da célula ou entre compartimentos intracelulares (organelas).

Cada canal iônico implica uma proteína estrutural específica da membrana e mais de 100 genes que codificam canais iônicos específicos foram descritos.

Para o canal de sódio, por exemplo, 10 genes chamados Scn que codificam diferentes proteínas distribuídas em diferentes tecidos com funções e estruturas específicas.

Da mesma forma, uma quantidade considerável de genes que codificam diferentes proteínas que compõem canais de potássio que pertencem a diferentes famílias e têm mecanismos diferentes para ativação, abertura e inativação.

Estrutura proteica de um canal iônico

Normalmente, um canal iônico funcional associado a uma membrana é composto da montagem de 4 a 6 subunidades polipeptídicas semelhantes (oligômeros HOMO) ou diferentes (oligômeros hetero) que formam um poro central entre eles.

Esquema das subunidades membranais de um canal iônico (fonte: efazzari [CC BY-SA 4.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenças/BY-SA/4.0)] via Wikimedia Commons)

Cada subunidade varia de acordo com as características e propriedades do canal, uma vez que muitos são específicos para certos íons e têm diversos mecanismos de abertura e fechamento.

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Alguns canais são compostos por uma única cadeia polipeptídica organizada em motivos repetidos que estão passando pela espessura e funcionam da membrana como o equivalente a uma subunidade de proteínas várias vezes.

Além dessas subunidades, conhecidas na literatura como subunidades α, alguns canais iônicos também têm uma ou mais subunidades auxiliares (ß ou γ) que regulam a abertura e o fechamento deles.

A especificidade de cada canal está relacionada ao diâmetro do poro formado pelas proteínas transmembranais e às cadeias laterais (─r) dos aminoácidos que os inventam.

Dessa forma, existem canais que apenas sentem falta de sódio, potássio, íons de cálcio e assim por diante, porque as cadeias laterais funcionam como "peneira".

Características estruturais adicionais

Outra característica importante de muitos canais são os portões. Os canais com essas propriedades podem ser abertos ou fechados na frente de mudanças locais que ocorrem no microenquimgo membranal que circunda o canal.

Dependendo do tipo de canal, essas alterações podem ser mecânicas, térmicas (alterações de temperatura), elétricas (alterações de tensão) ou produtos químicos (ligando um ligante).

No entanto, nos canais iônicos passivos e assim chamados, que são aqueles que permanecem abertos e permitem a etapa específica de íons determinados, essas estruturas não têm portões ou são sensíveis a ligantes ou outros tipos de estímulos.

Em outros canais iônicos, que são sensíveis à presença ou conexão de ligantes, há um local de ligação para o ligante no lado extracelular ou no citosol celular e, nesses casos, os poros ou canais têm um portão que pode ser aberto ou fechado De acordo com o status de seu ligante.

Mecanismo de segundos mensageiros para a abertura ou fechamento de canais

No caso de ter um lugar para o ligante na porção intracelular, esses canais geralmente têm segundos mensageiros como ligantes. Um exemplo de canais iônicos que abrem ou fecham por mecanismos de segundos mensageiros é o dos receptores olfativos:

Moléculas odoríferas se ligam aos seus receptores no lado extracelular. Esses receptores, por sua vez, estão ligados a uma proteína G que é ativada que, por sua vez, ativa a proteína da adenilciclase que forma AMPC, que é um segundo mensageiro.

O AMPC se junta a um local de junção intracelular dos canais de cálcio, resultando em sua abertura e entrada de cálcio na célula.

Como se fosse um efeito dominó, o cálcio se junta a um site para vincular outro canal de cloro, que gera sua abertura e saída desse íon, causando despolarização da célula olfativa.

É importante observar que as alterações geradas pelos ligantes ou os estímulos que afetam os canais iônicos correspondem às mudanças conformacionais das proteínas que constituem a estrutura do canal.

Em outras palavras, as mudanças conformacionais que podem mover um portão e fechar ou abrir um canal nada mais são do que a abordagem ou distanciamento das subunidades de proteínas que o compõem.

Outros mecanismos de ativação e inativação

Alguns canais, especialmente canais dependentes de tensão, podem entrar em um estado refratário, durante o qual a mesma mudança de tensão que os ativou agora não os ativos mais ativos.

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Por exemplo, nos canais de cálcio dependentes de tensão, a mudança de tensão abre o canal e o cálcio entra e, uma vez dentro da célula, o mesmo íon se junta a um local de junção do canal articular e ele fecha.

Outra forma de inativação reversível do canal de cálcio que explica seu refratário após a ativação é a parasforilação do canal devido ao aumento da concentração interna de cálcio.

Ou seja, um canal de cálcio pode ser irreversivelmente inativado devido à presença de concentrações patologicamente altas do íon, que mediam o recrutamento de enzimas que se desenrolam de outras proteínas ativadas pelo cálcio.

Os canais regulados por Ligando podem entrar em um estado refratário quando forem prolongados ao ligante, recebendo esse mecanismo o nome da dessensibilização.

Medicamentos, venenos e toxinas podem influenciar a regulação dos canais iônicos, fechando -os ou mantendo -os abertos ou, em alguns casos, ocupando o local do ligante e, assim, interferindo em sua função.

Funções

Os canais iônicos têm multiplicidade de funções, direta ou indireta.

- Eles são responsáveis ​​por regular o fluxo de íons através do plasma e das membranas orgânicas de todas as células.

- Permitir a existência de controle sobre as concentrações intracelulares dos diferentes íons.

- Nos neurônios e nas células musculares, os canais iônicos controlam as variações do potencial da membrana que ocorrem durante os potenciais de ação e durante o pós -sinápticos pós -potenciais sinápticos de células efetoras.

- Os canais de cálcio que geram fluxos líquidos de cálcio para o espaço intracelular são responsáveis ​​pela ativação de inúmeras enzimas e proteínas que participam de muitos processos metabólicos.

- Da mesma forma, o aumento do cálcio devido a um aumento no transporte inicia o mecanismo de libertação dos neurotransmissores para o espaço sináptico dos neurônios.

- Portanto, a função dos canais iônicos também está relacionada a mecanismos de comunicação celular.

Geral de transporte através da membrana

Como afirmado acima, os mecanismos de transporte membranal podem ser ativos ou passivos de acordo com ou não a energia da célula onde são encontrados. Os mecanismos passivos são classificados como difusão simples e difusão facilitada.

Difusão simples

A difusão simples permite a passagem através da estrutura fosfolipídica de moléculas solúveis em gordura pequena e pequena, com recursos apolares e sem carga.

Assim, por exemplo, gases como oxigênio (O2) e dióxido de carbono (CO2), etanol e uréia, para citar alguns, passam a favor de seu gradiente de concentração.

Difusão facilitada

A difusão disseminada é facilitada por proteínas e esse mecanismo de transporte passivo, existem dois tipos: canais de íons e proteínas de transporte ou proteínas de transporte.

Os canais iônicos são o mecanismo mais usado pelas células de transporte de íons que não podem passar por difusão simples, porque possuem carga elétrica e fosfolipídios de membrana os repele, devido ao seu tamanho e polaridade ou qualquer outra característica.

A difusão fornecida pelas proteínas de transporte é usada para o transporte de substâncias maiores com ou sem carga, como glicose e outros açúcares.

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O transporte membranal ativo é aquele que ocorre em relação ao gradiente de concentração do soluto que é transportado e requer o consumo de energia em forma de ATP em forma de. Entre os transportadores deste tipo estão bombas e transporte vesicular.

Como exemplo das bombas, é o sódio/potássio, que leva três sodios e introduz dois potássios. Existem também bombas de cálcio.

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Como exemplo de transporte vesicular, são endocitose, exocitose, pinocitose e fagocitose; Todos esses mecanismos de transporte ativos.

Tipos de canais de íons

A partir deste ponto, será feita referência a canais iônicos que permitem a passagem de íons através de uma membrana em favor de seus gradientes de concentração, ou seja, são canais de transporte passivos.

Geralmente, cada um desses canais é específico para um único íon, com a condição de alguns canais que permitem o transporte de pares de íons.

Esquema estrutural de um canal iônico (Fonte: Sontra (Paweł Tokarz) em PL.Wikipedia [domínio público] via Wikimedia Commons)

Uma maneira de classificar os canais iônicos é agrupá -los de acordo com o mecanismo responsável por sua abertura. Assim, canais passivos, canais regulados por tensão (dependente de tensão), canais regulados por Ligando e canais regulados por estímulos mecânicos foram descritos.

- Canais passivos: São canais que são permanentemente abertos e não respondem a nenhum tipo de estímulo; Estes são específicos para certos íons.

- Canais dependentes de tensão: Estes podem ser abertos ou fechados (dependendo do canal) diante das mudanças na tensão da membrana. Eles são muito importantes para a sinalização celular, especialmente no sistema nervoso central de mamíferos.

- Canais dependentes da luz: também chamados canais com ligação de ligação ou regulamentados pela ligação, são amplamente distribuídos nas diferentes células do corpo dos seres humanos, mas no sistema nervoso eles constituem esses canais iônicos ativados por neurotransmissores e são essenciais para transmissão sináptica e sinalização intercelular.

Exemplo de canais de íons dependentes de ligante ativados por neurotransmissores são canais de sódio/potássio ativados pelo glutamato.

A ativação de receptores colinérgicos, neste caso a união da acetilcolina para a membrana pós-sináptica (ligante do canal), abre canais de sódio dependentes de ligante e permite a entrada desse íon após seu gradiente de concentração.

- Canais regulados por estímulos mecânicos: São canais que podem ser ativados por distensão ou pressão. Essas forças mecânicas são transmitidas para o canal através do citoesqueleto e o canal é aberto.

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