I CANALI IONICI, I RECETTORI IONOTROPI ed i RECETTORI METABOTROPI

87 Pages·2016·4.5 MB·Italian

by  Stefano Lasaponara

I CANALI IONICI, I RECETTORI
IONOTROPI ed i RECETTORI
METABOTROPI
LEZIONE NR. 11 - PSICOBIOLOGIA
I CANALI IONICI
I canali ionici sono sistemi proteici che attraversano
l’intero spessore della membrana plasmatica e
mediano il trasporto PASSIVO di ioni liberi mediante
diffusione facilitata.
Possono essere costituiti da una singola proteina o da
un complesso multi-proteico che comprende diverse
sub-unità (ognuna indicata con una lettera greca).
Le varie sub-unità formano un complesso proteico che
interagisce direttamente con i lipidi di membrana ed
ha al suo interno un poro acquoso che aprendosi su
entrambi i versanti della cellula costituisce un
passaggio o gate.
I CANALI IONICI
Trattandosi di trasporto passivo, i canali non possono
influenzare la direzione del movimento che avverrà
sempre secondo gradiente di concentrazione, ma ne
possono regolare il flusso, a seconda che il canale sia
aperto o chiuso.
Tramite queste regolazioni i canali ionici possono
modificare la differenza di cariche elettriche intra-ed extra-
cellulari, che di norma costituiscono il potenziale di
membrana a riposo. Nelle cellule nervose (o in generale in
cellule eccitabili) sono coinvolti nella generazione di
potenziali d’azione (attraverso il passaggio di centinaia di
milioni di ioni al sec.)
L’importanza dei canali ionici è infine dimostrata dalle
patologie che derivano dal loro malfunzionamento
(canalopatie) che può avvenire per cause genetiche
(fibrosi cistica, epilessia idiopatica, atassia spino-
cerebellare etc) o per cause tossiche (veleni o farmaci)
I CANALI IONICI
I canali ionici come molti altri composti proteici
possono esistere con una grande varietà di
isoforme, cioè di catene polipeptidiche alternative,
che vengono originate da modificazioni post-
traduzionali o attraverso l’editing degli mRNA.
Questo conferisce caratteristiche strutturali e
funzionali altamente specifiche ad un canale e/o alle
sue isoforme, consentendo alla cellula di ottenere
funzioni specializzate per i vari composti molecolari.
I CANALI IONICI
Un’importante caratteristica dei canali
ionici è la loro selettività per un dato ione
o un dato tipo di ione (anioni, cationi).
Tale proprietà dipende dalle carattiristiche
strutturali ed elettrostatiche del poro
acquoso. Infatti l’imboccatura del canale
è di norma dotata di un filtro (o anello) di
selettività, composto da amminoacidi con
carica elettrica positiva o negativa.
Altri fattori di selettività dipendono dalla
dimensione e dalla struttura del poro
acquoso, nonché nel meccanismo
molecolare di trasferimento dello ione
attraverso il poro (Ioni spogliati del guscio
di idratazione)
I CANALI IONICI
Un’altra caratteristica molto importante dei canali ionici riguarda la regolazione della loro apertura.
Infatti, a parte alcuni canali che sono costantemente aperti (resting o leak, rispettivamente del Cl- e
del K+), i canali sono di norma in modalità chiusa e si aprono solo in presenza di uno stimolo
appropriato, rimanendo aperti per pochi msec. Subito dopo l’apertura, molti canali ionici vanno
incontro ad un’altra modificazione conformazionale che consiste nell’occlusione del poro acquoso e
nella contemporanea incapacità di aprirsi nuovamente, anche qualora si ripresentasse lo stimolo
che ne determina l’apertura. Questo stato indicato come inattivo o refrattario viene mantenuto di
norma per alcuni msec, dopodiché il canale ionico torna in modalità chiuso.
I CANALI IONICI
Poiché canali dedicati al passaggio dello stesso
ione possono avere organizzazioni strutturali
diverse, si preferisce di norma classificare i
RECETTORI IONOTROPI
canali ionici in base alla modalità di regolazione
della loro apertura.
Seguendo questi criteri i canali vengono
raggruppati in famiglie di canali relativamente
omogenei fra loro sia dal punto di vista
funzionale che strutturale.
Possiamo avere:
• Canali regolati dal potenziale di membrana
• Canali regolati da ligando
• Canali regolati da altre modalità (tensione
meccanica, luce, etc…)
• Canali regolati dal potenziale di membrana
Vengono anche denominati come canali
voltaggio-dipendenti o canali regolati da
voltaggio. Conferiscono alle cellule eccitabili
la capacità di variare in pochi msec il
contenuto intracellulare di cariche elettriche
rispetto all’esterno.
I canali voltaggio-dipendente sono così
denominati perché si aprono solo quando il
potenziale di membrana della cellula
raggiunge un determinato valore, chiamato
valore soglia.
• Canali regolati dal potenziale di membrana
Queste capacità dipendono dalla struttura del canale, che
comprende 4 domini di circa 300-400 amminoacidi.
Ciascun dominio comprende 6 diversi segmenti trans-
membrana (da S1 ad S6 in struttura secondaria di alpha-
eliche) che si dispongono in maniera simmetrica così da
formare il tetramero che compone il canale.
Dei 6 segmenti, s5 ed s6 compongono l’apertura del poro
acquoso e fra loro c’è un ansa di circa 20 amminoacidi
che insieme alle altre 3 anse, forma il filtro di selettività.
I segmenti da s1 ad s4 sono formati da amminoacidi
carichi elettricamente e formano il sensore di voltaggio.
Alcuni canali possono infine avere anche altre sub-unità
accessorie che mediano fenomeni di grande importanza
per il canale come la sua corretta posizione sulla
membrana plasmatica
• Canali regolati dal potenziale di membrana
Questa tipologia di canali ha un alto
livello di selettività per il Na+, il K+, il
Ca+, Cl- e H+.
Ed ogni canale specifico per questi
ioni può presentare diverse isoforme
o sotto-tipologie, per via del gran
numero di geni differenti che
codificano per questi canali.
Ad esempio:
Na+ = 10 geni
K+ = >100 geni
Ca+ = 16 geni