Canais de íons são complexos de proteínas, Localizado nas membranas celulares, que regulam os processos vitais, como os batimentos cardíacos ou a transmissão de sinais entre os neurônios.
Neste artigo, explicaremos em que consistem, qual é sua função e estrutura, que tipos de canais iônicos existem e sua relação com várias doenças.
O que é um canal iônico?
Por canais iônicos queremos dizer complexos de proteínas preenchidos com poros aquosos, que permitem a passagem de íons, fazendo com que fluam de um lado para o outro da membrana celular. Esses canais estão presentes em todas as células, das quais são um componente essencial.
Cada célula é circundada por uma membrana que a separa do ambiente externo. Sua estrutura de bicamada lipídica não é facilmente permeável a moléculas polares, como aminoácidos ou íons. Portanto, é necessário transportar essas substâncias para dentro e para fora da célula através de proteínas de membrana, como bombas, transportadores e canais iônicos.
canais eles são compostos de uma ou mais proteínas diferentes chamadas subunidades (Alfa, beta, gama, etc.). Quando vários deles se juntam, eles criam uma estrutura circular no centro há um orifício ou poro, que permite a passagem dos íons.
Uma das peculiaridades desses canais é sua seletividade; quer dizer eles eles passam alguns íons inorgânicos e não outros, De acordo com o diâmetro e distribuição de seus aminoácidos.
A abertura e o fechamento dos canais iônicos são regulados por vários fatores; um estímulo ou sensor específico é o que determina que eles flutuam de um estado para outro, alterando sua composição.
Agora vamos ver quais funções eles executam e qual é sua estrutura.
Funções e estrutura
Atrás dos processos celulares essenciais, como a secreção de neurotransmissores ou a transmissão de sinais elétricos, estão os canais iônicos, que eles conferem capacidades elétricas e excitáveis às células. E quando eles falham, muitas patologias podem surgir (sobre as quais falaremos mais tarde).
A estrutura dos canais iônicos ocorre na forma de proteínas transmembrana e eles atuam como um sistema de porta para regular a passagem de íons (potássio, sódio, cálcio, cloro, etc.) pelos poros.
Até poucos anos atrás, acreditava-se que os poros e o sensor de tensão eram acoplados por meio de um linker (uma espiral de cerca de 15 aminoácidos), que pode ser ativado com o movimento do sensor de tensão. Este mecanismo de acoplamento entre as duas partes do canal iônico é o mecanismo canônico que sempre foi teorizado.
No entanto, recentemente, uma nova pesquisa revelou outra maneira é um segmento de aminoácidos composto por parte do sensor de tensão e parte do poro. Esses dois segmentos se encaixariam como uma espécie de zíper para acionar a abertura ou fechamento do canal. Por sua vez, esse novo mecanismo poderia explicar descobertas recentes, nas quais certos canais de íons regulados por voltagem (alguns responsáveis por funções como batimento cardíaco) foram detectados com apenas um linker.
Canais iônicos regulados por voltagem são apenas um dos tipos de canais que existem, mas existem mais deles: vamos ver o que eles são abaixo.
Tipos de canais iônicos
Os mecanismos de ativação dos canais iônicos podem ser de vários tipos: por ligante, por voltagem ou por estímulos mecanossensíveis.
1. Canais de íons regulados por ligante
Esses canais iônicos eles abrem em resposta à ligação de certas moléculas e neurotransmissores. Esse mecanismo de abertura se deve à interação de uma substância química (que pode ser um hormônio, peptídeo ou neurotransmissor) com uma parte do canal chamada receptor, que gera uma mudança na energia livre e altera a conformação da proteína ao abrir o canal.
O receptor de acetilcolina do tipo nicotínico (um neurotransmissor envolvido na transmissão de sinais entre os nervos motores e os músculos) é um dos canais iônicos regulados por ligantes mais estudados. É composto por 5 subunidades de 20 aminoácidos e está envolvido em funções básicas, como controle voluntário de movimento, memória, atenção, sono, estado de alerta ou ansiedade.
2. Canais de íons regulados por voltagem
Tais canais eles abrem em resposta a mudanças no potencial elétrico através da membrana plasmática. Canais iônicos regulados por voltagem estão envolvidos na transmissão de impulsos elétricos, gerando potenciais de ação devido às mudanças na diferença de cargas elétricas em ambos os lados da membrana.
O fluxo iônico ocorre de acordo com dois processos: por ativação, um processo dependente da voltagem: o canal se abre em resposta a mudanças no potencial da membrana (diferença no potencial elétrico em ambos os lados da membrana); e a inativação, processo que regula o fechamento do canal.
A principal função dos canais de íons regulados por voltagem é a geração de potenciais de ação e sua propagação. Existem vários tipos e os principais são:
2.1. Canal Na +
Estas são proteínas transmembrana que permitem que os íons de sódio passem pela célula. O transporte de íons é passivo e depende apenas do potencial eletroquímico do íon (não requer energia na forma de uma molécula de ATP). Nos neurônios, os canais de sódio são responsáveis pela fase ascendente do potencial de ação (Despolarização).
2.2. Canal K +
Esses canais iônicos constituem o grupo mais heterogêneo de proteínas estruturais da membrana. Nos neurônios, a despolarização ativa os canais de K + e facilita a saída do K + da célula nervosa, levando à repolarização do potencial de membrana.
2.3. Canal Ca ++
Os íons de cálcio promovem a fusão da membrana da vesícula sináptica (estruturas localizadas no final do axônio neuronal e responsáveis pela secreção de neurotransmissores) com a membrana terminal do axônio no neurônio, estimular a liberação de acetilcolina na fenda sináptica por um mecanismo exocitótico.
2.4. Canal Cl-
Esses tipos de canais iônicos são responsáveis pela regulação da excitabilidade celular, transporte entre as células, bem como pelo gerenciamento do pH e do volume celular. Os canais localizados na membrana estabilizam o potencial de membrana nas células excitáveis. eles são os mesmos responsável pelo transporte entre as células de água e eletrólitos.
3. Canais de íons regulados por estímulos mecanossensíveis
Esses canais iônicos eles se abrem em resposta a ações de um tipo mecânico. Eles podem ser encontrados, por exemplo, nos corpúsculos de Paccini (receptores sensoriais na pele que respondem a vibrações rápidas e pressões mecânicas profundas), que são abertos pelo estiramento da membrana celular pela aplicação de tensão e / ou pressão.
Canalopatias: patologias associadas a essas moléculas
Do ponto de vista fisiológico, os canais iônicos eles são essenciais para o equilíbrio homeostático do nosso organismo. Sua disfunção causa toda uma série de doenças, chamadas canalopatias. Podem ser causados por dois tipos de mecanismos: alterações genéticas e doenças autoimunes.
Dentro das alterações genéticas estão as mutações que ocorrem na região que codifica o gene para um canal iônico. É comum que essas mutações produzam cadeias polipeptídicas que não são processadas adequadamente e não são incorporadas à membrana plasmática; ou, acoplando-os a subunidades e formando os canais, eles não são funcionais.
Outra possibilidade comum é que, embora sejam canais funcionais, acabem exibindo cinética alterada. Em qualquer caso, eles geralmente levam a ganho ou perda da função de canal.
muito mutações podem ocorrer na região promotora do gene que codifica um canal iônico. Isso pode fazer com que a proteína seja superexpressa ou superexpressa, produzindo alterações no número de canais, o que também levaria a um aumento ou diminuição de sua funcionalidade.
Atualmente, várias patologias associadas aos canais iônicos em diferentes tecidos são conhecidas. No nível musculoesquelético, mutações nos canais de Na +, K +, Ca ++ e Cl- ativados por tensão e no canal de acetilcolina causar distúrbios como paralisia hiper e hipocalêmica, miotonia, hipertermia maligna e miastenia gravis.
No nível neuronal, foi proposto que alterações nos canais de Na + ativados por voltagem, canais de K + e Ca ++ ativados por voltagem, canal ativado por acetilcolina ou canal ativado por glicina poderiam explicar distúrbios como epilepsia, ataxia episódica. , enxaqueca hemiplégica familiar, síndrome de Lambert-Eaton, doença de Alzheimer, doença de Parkinson e esquizofrenia.
Referências bibliográficas:
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- Ana I. Fernández-Mariño, Tyler J. Harpole, Kevin Oelstrom, Lucie Delemotte e Baron Chanda. “Os mapas de interação do gatilho revelam um modo de acoplamento eletromecânico não canônico no canal Shaker K +.” Nature Structural & Molecular Biology 25: 320-326, abril de 2018.
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