Canales Iónicos-Damiano 2007 - Laboratorio de...

Canales Iónicos

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Membrana plasmática

CANALESIONICOS



¿Qué son?

Proteínas de membrana con varios dominios transmembrana, que tienen permeabilidad selectiva por ciertos

iones.

Alan Hodgkin y Andrew Huxley década de los ´50



Comprenden:

l PORO HIDROFÍLICOl COMPUERTA (gate)l FILTRO SELECTIVO: formado a partir de

α hélices transmembrana y segmentos P conservados.

l SENSOR (voltaje, neurotransmisor, etc.)



Características

l Son muy específicos y selectivos para cada ión.

l Permiten un pasaje muy rápido (hasta 10 millones de iones por segundo). Este flujo genera una corriente de pocos picoamperios (10 -12 A).

l Tienen una especie de compuertas (gates) que regulan el pasaje en ambos sentidos por cambios conformacionales después de un estímulo biológico (gating ).



– REPOSO: cerrado, pero disponible para suapertura por estímulos químicos, eléctricos o mecánicos.

– ACTIVADO: abierto, permite el paso de unacorriente iónica.

– INACTIVADO: cerrado, y NO disponible parasu apertura

Estados conformacionales



¿Qué hacen?

l Son responsables de la permeabilidad selectiva de la membrana.

l Permiten cambios rápidos en la concentración de iones (calcio) y del potencial de membrana (transmisión de la información a distancia).



¿Qué no hacen?

lMantener la concentración diferencial ambos lados de la membrana, esto lo hacen las bombas como la Na+/K+ -ATPasa.l crea un potencial eléctrico porque por cada 3 Na+ que saca

de la célula introduce solo 2 K+.l mantiene un potencial químico de K+ que tiende a que el

potencial de membrana sea igual al potencial de equilibrio de este ión.



Se requieren 4-6 moléculas de polipéptidos para formar un poro

Estructura de los canales



Estructura de los canales



POTENCIAL DE MEMBRANA

l Todas las células del organismo mantienen una diferencia de potencial eléctrico a través de la membrana.

l Se debe a una pequeña diferencia de distribución de cargas a un lado y otro de la membrana.

l La actividad de las bombas de iones.

l La difusión pasiva de iones.



Potencial de membrana



Potencial de membranaEl movimiento selectivo de iones crea una diferencia de potencial eléctrico

transmembrana.

VVV outinm −=

Si se abren canales, los iones pueden pasar y

afectan a V.



Potenciales de acción

La salida de cationes o la entrada de aniones la

hiperpolarizanLa entrada de cationes o salida de aniones despolarizan la célula

Potenciales de equilibrio

ENa+= +65mVEK+ = -85mVECa2+ = +120 mVECl- =-90 mV



1. Pueden ser selectivos al tipo de ión: canales de K+, Na+, de Ca2+ o no selectivos: catiónicos inespecíficos, aniónicos inespecíficos

2. Pueden ser activos o pasivos. Los activos difieren en el mecanismo de activación:

Un canal se abre o cierra siguiendo alteraciones de diverso tipo que sufre su microentorno.

Tipos de canales



Clasificación



Canales Voltaje-dependientes

Canales de Na+ voltaje-dependientes



x xxTTX:

tetrodotoxina

Canales Voltaje-dependientes

Parálisis perisférica con efectos cardiorespiratoriosTERMORRESISTENTE à MAREA ROJA



Canales ligandos-dependientes



Canal activado por acetilcolina



Canales Mecanosensitivos

l Se abren por el estiramiento quesufre la membrana frente a la aplicación de una presión y/otensión.

l Canales no específicos.

l La mayoría de los canales mecanosensibles en eucariotasrequieren acoplamiento con el citoesqueleto y/ la matrizextracelular.

hearing

touch

gravity

balance

cardiovascularregulation



Osmotic downshock

H20H20

Membrane tension increases

MscL gating+ excretion

Canales Mecanosensitivos

En bacterias…



¿Cómo se los estudia?

Se mide la corriente que pasa a través de ellos.

Dos estrategias:l Se buscan células que expresen el canal de interés, los otros canales se

bloquean farmacológicamente.

l Se usan células que expresen naturalmente pocos canales, se sobre-expresa el canal de interés.



• Intensidad de Corriente: movimiento de un número de cargas por unidad de tiempo.

i = q / t [ampere] = [coulomb] / [segundo]

• Resistencia, conductancia: La relación entre la diferencia de potencial y la corriente desarrollada es la resistencia, esta relación constituye la Ley de Ohm.

R = ∆V / i [ohm] = [volt] / [ampere]

La conductancia se define como la facilidad con que fluyen los iones a través de un material, y es la inversa de la resistencia.

G = 1 / R [siemens] = 1 / [ohm]

Los canales iónicos tienen valores de conductancia de 1 a 150 pS.

COMPORTAMIENTO ELÉCTRICO DE LOS CANALES IÓNICOS



l Se miden diferentes parametros:l Conductancial Permeabilidad relativa a distintos ionesl Probabilidad de apertura en distintas condiciones.

¿Cómo se los estudia?

Se analiza la modulación por distintos factores (potencial de membrana, concentración de agonistas, pH, concentración de iones,

temperatura, etc).

Se analizan estados transitorios y situaciones de steady state.



Voltage clampMarmont y Cole - 1949

Utiliza un feedback negativo para mantener constante el potencial de membrana.

La corriente que fluye a través de la membrana es medida mientras fluye.

Habitualmente se utilizan dos electrodos intracelulares en la célula, uno pasa la corriente feedback y el otro mide el potencial de membrana.



Voltage clamp



Patch clamp

Neher y Sackmann en 1981

Aplicaron a la superficie de una célula un microelectrodo de vidrio de punta pulida, aislando un pequeño parche de membrana.



Patch clamp

Fijaron el V y midieron la corriente que fluía a través de los canales presentes en el parche.



Configuraciones de patch clamp



Registro de un canal iónico



Patch clamp



Canal único



Equipamiento



Amplificador de patch



Canalopatías

Se pueden producir:* Alteraciones genéticas * Enfermedades autoinmunes

La primera enfermedad genética asociada a un canal iónico es la Fibrosis Quística à 1989.

Defectos en la función de los canales iónicos que llevan a alteraciones fisiológicas importantes en diversos tejidos.



Canalopatías



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