Canales ionicos

descripción de los canales de sodio en las celulas

1. Canales iónicos Fisiología comparada I Principales funciones de la membrana: Transporte M. en C. Raúl Herrera Fragoso

2. Son puentes de agua entre el exterior y el interior de la célula Están formados por dos o mas unidades proteicas que cruzan la totalidad de la membrana Tiene tres propiedades importantes : 1. Conducen iones 2. Reconocen y seleccionan los iones 3. Se abren y cierran en respuesta a estímulos eléctricos mecánicos o químicos. Canales iónicos Citoplasma presináptico Espacio intercelular Citoplasma post-sináptico Conexón Canal formado por la unión de dos hemiconexiones Conexinas Membrana plasmática

3. Las fuerzas que impulsan a los iones a moverse son: 1. El gradiente químico derivado de las diferencias en la concentración de la sustancia a ambos lados de la membrana, y 2. El campo eléctrico, o la diferencia de potencial eléctrico a través de la membrana. Juntas se llama fuerza electroquímica Movilidad de iones

4. La corriente iónica que cruza la membrana se comporta de manera similar a la corriente eléctrica, se puede definir su comportamiento con los modelos matemáticos de la corriente eléctrica. La Ley de Ohm establece que intensidad de la corriente eléctrica es directamente proporcional a la diferencia de voltaje entre los extremos que se van a medir e inversamente proporcional a la resistencia que ofrezca el conductor al paso de la corriente La Ley de Ohm

5. El canal se comporta como una resistencia (característica que se mide en ohms ( Ω ) , fuerza de oposición del sistema al paso de una carga. El inverso de la resistencia es la conductancia g (se mide en siemmens ) seria entonces la facilidad con la que se mueve una carga a través de un sistema. Resistencia y conductancia Se pueden utilizar circuitos más elaborados para representar modelos de membranas con canales iónicos, como este ejemplo con canales de sodio (azul) y potasio (verde).

6. Cuando el flujo de iones a través del canal es pasivo, no necesita gasto de energía por parte de la célula. La dirección y la intensidad del flujo no esta determinado por el canal sino por el gradiente electroquímico. La intensidad de la corriente que fluye por el canal esta determinada por : 1. La conductancia de la membrana al ion particular (siempre y cuando el canal este abierto) 2. la fuerza electroquímica dada por la diferencia entre el potencial de membrana y el equilibrio del ion particular Direccion e intensidad

7. La corriente iónica a través del canal puede saturarse. Dado que el ion se pega al tubo del canal con una cinética parecida a la de las enzimas. Por ello se deduce que la corriente iónica varia con respecto a la concentración externa del ion formando una hipérbola cuadrada Saturación del canal

8. El agua al tener ambas cargas eléctricas es atraída por lo iones. A los iones positivos, las moléculas de agua se le pegan con su oxigeno y a los negativos se les pega con sus hidrógenos formando puentes de hidrogeno . De esta manera se forma una nube de moléculas de agua alrededor del ion, llamada agua de hidratación . Entre menos radio tenga un ion, mas localizada esta su carga y por lo tanto atrae mas agua y la fija con mayor fuerza. El agua de hidratación crea un aumento artificial del diámetro del ion que reduce su movilidad. Hidratación

9. Los canales son selectivamente permeables a uno o mas iones, esta selectividad depende de la estructura del canal. En el existe una región en donde el canal se angosta y tiene cargas eléctricas. A esta región se le llama filtro. El filtro Receptor-canal, GABA. Es un canal de Cl- Ligando. Molécula de GABA (neurotransmisor) Subunidad del receptor Sitio de unión a barbitúricos (depresor) Sitio de unión a esteroides Iones cloruro Sitio de unión a picrotoxina (convulsionante) Canal del cloruro Sitio de unión a benzodiacepinas ( antiGABA : depresor) Membrana plasmática

10. Al pasar el ion con agua de hidratación por el filtro se somete a atracciones electrostáticas entre el ion y los residuos de aminoácidos provocando, por un lado, la perdida del agua de hidratación y por el otro lado que el ion se pegue temporalmente (menos de 1 μ s) Esto sucede solo si las interacciones entre el ion y los aminoácidos compensan la perdida de agua. A esto se debe el fenómeno de saturación. Pasando a través del filtro

11. Supongamos que tenemos un canal iónico cuya región del filtro tiene cargas negativas y tenemos tres iones que tratan de pasar por el. El ion A es de gran diámetro y con carga positiva por lo que atrae menos agua de hidratación y la fija con menos fuerza que el ion B con carga positiva que es de menor tamaño y el ion C que es el de menor diámetro pero con carga negativa. La región del filtro tiene un diámetro suficiente para que pase el ion B y C pero solo B logra pasar. Ilustración

12. Esto se debe a que: 1. La región del filtro al tener carga negativa repele iones con carga negativa por lo tanto solo pueden pasar cationes. 2. El ion A tiene mayor diámetro que la región del filtro 3. Los iones al pasar por la región del filtro tiene que desprenderse de su agua de hidratación, solo si la fuerza iónica de las cargas del filtro sustituye la del agua de hidratación el ion puede desprenderse del agua. La selección de iones depende de: El tamaño de la luz del filtro La carga eléctrica del filtro La carga eléctrica del ion y La sustitución del agua de hidratación por las cargas del filtro.

13. La apertura y cierre de los canales se debe a un cambio conformacional en la estructura tridimensional del canal, este proceso requiere de energía. Así que hay varios mecanismos regulatorios (que dependen de estímulos químicos, eléctricos o mecánicos) que determinan la cantidad de tiempo que el canal pasa en uno de tres estados: 1. Cerrado y activable 2. Abierto 3. Cerrado y no activable (A) En reposo, el portal de activación ( AG ) está cerrado y el de inactivación ( IG ) abierto. (B) Durante la activación, ambos portales se abren. (C) En la inactivación, se cierra el portal de inactivación, el de activación aún permanece abierto. (D). Durante el período refractario, ambos portales están cerrados. Cinética de los canales

14. Tipos de canales

15. Estos canales están permanentemente abiertos, varios tipos de iones pueden cruzar a través de ellos y son fundamentales para establecer el potencial de membrana. Canales no voltaje dependientes

16. Normalmente están cerrados y su apertura es por cambios en la diferencia de cargas eléctricas a ambos lados de la membrana, son importantes en la generación del potencial de acción. Tiene en su estructura una secuencia de aminoácidos con carga positiva llamada detector de voltaje, el cambio en la diferencia de potencial eléctrico en ambos lados de la membrana provoca el movimiento del sensor. El movimiento del sensor de voltaje crea un movimiento de cargas (llamado corriente de compuerta) que cambia la energía libre que modifica la estructura terciaria del canal abriéndolo y cerrándolo. Canales voltaje dependientes

17. Se apertura por la interacción de una sustancia química (neurotransmisor u hormona) con una parte del canal llamado receptor, esto crea un cambio en la energía libre que cambia la conformación de la proteína abriendo el canal. Son importantes en la transmisión sináptica. Existen dos mecanismos de apertura: Inotrópicos y Metabotrópicos Canales ligando dependientes

18. Se aperturan por desplazamientos mecánicos de la membrana, propias de los mecanorreceptores (células ciliadas) Canales mecánicos Célula pilosa en reposo Sistemas de cilios ( estereocilios ) Canales de K+ en la punta de los estereocilios Canales de Ca2+ Vesículas sinápticas con neurotransmisores Terminal nervioso aferente (se dirige al sistema nervioso) El sistema de estereocilios se desplaza en un sentido, lo cual provoca apertura de sus canales de K+

19. 1 Membrana plasmática 2 Canal iónico bloqueado por Mg2+ en el sitio de bloqueo (3) 3 Sitio de bloqueo por Mg2+ 4 Sitio de unión a compuestos alucinógenos 5 Sitio de unión al Zn2+ 6 Sitio de unión a ligandos agonistas ( glutamato ) y/o a ligandos antagonistas (APV) 7 Sitios de glicosilación 8 Sitios de unión a protones 9 Sitios de unión a glicina 10 Sitios de unión a poliaminas 11 Espacio extracelular 12 Espacio intracelular 13 Subunidad del complejo 14 Glutamato (neurotransmisor) 15 Sitios de fosforilación 16 Electrodo extracelular 17 Electrodo intracelular Complejo receptor-canal Ejemplo : receptor NMDA