Bear, MF. Neuroscience. LWW. Pag 57

Los canales iónicosSon proteínas transmembranales que contienen un canal o poro que permite el paso de iones cuando está abierto. Presentan diversas conformaciones con diferentes conductancias iónicas.

Los canales iónicos

Presentan selectividad. Sobre lo cual influye las cargas en la pared del poro así como el diámetro de éste.

Los estados no conductores son los más estables termodinámicamente.

Clasificación según estímulo que incrementa la probabilidad de apertura (Po): operados por voltaje, por estiramiento (mecanosensibles), por mensajeros extracelulares (receptores ionotrópicos),por mensajeros intracelulares, por almacenes.

Otra clasificación: canales ohmicos: I varía de modo lineal (m constante) con la fuerza impulsora y canales rectificadores (m no es constante)

Su fosforilación puede modificar su actividad

Relaciones I-V

La Gx (m) puede ser constante ó variar conforme el Vm se desvía del Ex. Típicamente los canales permiten una movilización de 106 a 109 iones/s

por 100 mV de FEM. Recordar que la carga de un protón o electrón: 1.6 x 10-19 C

Libro texto, pag. 154

Los canales iónicosOperados por voltaje son muy selectivos: p.ej. los de K+ son 100 a 1000 veces más permebles al K+ que al Na+. Pero los de Na+ 11 a 20 veces más al Na+ que al K+. Los operados por ligando seleccionan pobremente.

Pueden entrar en estados desensibilizados, refractarios o inactivos (importante en codificación temporal y protección ante estimulación excesiva):

En aquellos activados por ligando: ocurre después de prolongada exposición al ligando.

En aquellos activados por V: para los de Na+, Ca2+ y K+: por el mismo cambio de V. Los de Ca2+: también por influjo del mismo calcio.

Clasificación de los canales iónicos (1)24 familias (256 genes)

6 subun

4 subun, algunos con una beta

4 subun, algunos con beta

4 subun, algunos con beta

4 subun

2 subun

4 subun

4 subun

4 subun

2 o 3 subun

5 subun

Clasificación de los canales iónicos (2)

4 familias

2 familias

4 subun

4 subun

3 subun

3 subun

4 subun

4 subun

1 subun

2 subun

4 subun

Canales activados por voltaje: Kv,Nav y Cav

Principales responsables de los PAs típicos de células excitables

Estructura: canal ensamblado por 4 módulos (polipéptido único como en y 1 de Nav y Cav, con 4 dominios homólogos: I-IV o separados como de Kv), módulos formados por 6 TM (S1-S6).

El sensor de V en los S4: AAs con carga+: argininas y lisinas

Poro iónico: por porciones internas de S5 y S6 así como el lazo que los une.

Inactivación: varía. Para los Kv: bola (AAs del extremo NH2)-cadena o por la subunidad beta. Para los Nav: lazo entre dominios III y IV

Los canales de potasio dependientes de voltaje

Bear, MF. Neuroscience. LWW. Pag 57

Composición del poro

Annu Rev Physiol. 2007. 69:1-18

En el filtro: 4 sitios (1,2,3,4 el más interno es el 4) de unión para el K+ formados por grupos carbonilos. Solo 2 ocupados: 1-3 o 2-4. Cuando un K+ se acerca al filtro desplaza los K+ de las posiciones 4-2 a las 1-3 y cuando termina de colocarse en la 4, el que estaba en 3 pasa a 2 y el que estaba en 1 sale y se hidrata. Luego el ciclo se repite

Cavidad con agua

La región S5 se omite

3 puntos de convergencia formados por grupos metileno

Los canales Kv

El grupo más numeroso de canales dependientes de V. Se han descrito 12 tipos de subunidades . Las propiedades del canal dependen de la combinación (= o dif)

Incluyen: 1. rectificadores retrasados tardíos: iptes en repolarización tras fase despolarizante del PA; 2. los KA: responsables de la generación de corrientes de salida inactivantes, permiten codificación por frec de PA: 3. Los BK y SK: ubicuos: regulan frec de disparo de PAs, contribuyen a mantener el Em en reposo, transporte de electrolitos en tejs epiteliales. Los BK son modulados por voltaje, los SK e IK por calmodulina.

Bloqueados por: TEA, 4-aminopiridina, toxinas de escorpión (caribdotoxina), abeja (apamina) y de serpiente mamba verde (dendrotoxinas)

Otros canales de potasio

Canales rectificadores entrantes (Kir): estabilizan el Em en reposo. Abren a voltajes negativos. G con despolarización (bloqueo por Mg2+ y poliaminas). Algunos requieren además activación por sub βγ de Prot G (Kir3 ó GIRKs: abren x ACh).

Kir6: inhibidos x [ATP]ic: cels β pancreáticas. SUR: subunidad ABC.

Comportamiento de los Kir

Canales catiónicos activados por nucleótidos (AMPc y GMPc)

Implicados en la transducción de señales sensoriales visuales y olfativas.

Estructura similar a los canales Kv. No obstante, pequeñas variaciones en la secuencia de AAs de la horquilla y el S4 hacen que se comporten como canales catiónicos poco selectivos y que presenten escasa dependencia del V.

Sitio de unión para los nucleótidos: en cola COOH (homología con: PKA y PKG.

Los canales de sodio dependientes de voltaje

Los canales Nav

Generan corrientes despolarizantes de Na+ rápidas y transitorias (PAs, contracción y secreción). Son de 11 a 20 veces mas permeables al Na+ que al K+. Prácticamente impermeables al calcio.

Formados por: 1 subunidad , una 1 o 3 y una 2.Los del musc esq: 1; los del SNC: 1 o 3 y 2 Hay 9 sub´s diferentes (Nav1.1 a Nav1.9). Las sub´s iptes en cinética y sensibilidad del canal al V.

Se diferencian por sensibilidad a la TTX: los 1.5, 1.8 y 1.9 son resistentes. Algunos también son sensibles a: batracotoxina, saxitoxina y toxinas del escorpión y . Además presentan un sitio de unión para anestésicos locales y antiarrítmicos ubicado en el interior del poro iónico y accesible desde la cara interna del mismo.

Los ENaCs no son sensibles a V. Son heterotrímeros, c/sub con 2 TM.

Channel Protein Human Gene Tissue Sensitivity to TTX (molar)

Nav1.1 SCN1A Central nervous system, heart 10-9

Nav1.2 SCN2A Central nervous system 10-9

Nav1.3 SCN3A Central nervous system, heart 10-9

Nav1.4 SCN4A Skeletal muscle 10-9

Nav1.5 SCN5A Heart, denervated skeletal muscle

Insensitive, 10-6

Nav1.6 SCN8A Central and peripheral nervous system

10-9

Nav1.7 SCN9A Peripheral nervous system 10-9

Nav1.8 SCN10A Peripheral and sensory neurons Insensitive, 10-6

Nav1.9 SCN11A Peripheral nervous system Insensitive, 10-6

Las subunidades alfa de los canales de sodio

Localización de los diferentes tipos de canales de sodio en las neuronas del SNC

Dendritas: Nav1.1, 1.3 y 1.6

Soma: Nav1.1 y 1.3

Segmento inicial y nodos de Ranvier: Nav1.2, y 1.6. Ontogenia: expresión temprana de los Nav1.2 luego con la maduración se expresan los Nav1.6. Los últimos muestran potenciación con el uso y son más resistentes a la inactivación, los primeros muestran reducción con el uso. Esto determina la capacidad de disparar potenciales de acción a una frecuencia máxima.

Efecto de la [Ca2+]o en la activacion de los canales de Na+

La hipocalcemia conduce a hiperexcitabilidad

Los canales de calcio dependientes de voltaje

Los canales Cav

Formados por 4 o 5 subunidades distintas: 1, 2, y . Codificadas por múltiples genes. La 1 ya fue descrita además posee sitios reguladores para 2dos mensajeros, fármacos y toxinas.

Se clasifican en HVA: L,N,P/Qy R y LVA: T.

Los L participan en acople estímulo-contracción de miocitos estriados, en secreción endocrina, transducción visual. Son bloqueados por DHP, verapamilo y diltiazem.

Los N,P/Q y R: principalmente en neuronas (liberación de NTs). Bloqueados por -conotoxina GVIA y -agatoxina IVA.

Los T: participan en la generación ritmos eléctricos de células automáticas.

Propery CHANNEL

  L T N P/Q R

Kinetics Long duration Transient Intermediate-long duration

Intermediate-long duration

Intermediate

Voltage activation

High threshold (>-30 mV)

Low threshold (<-30 mV)

High threshold (>-30 mV)

High threshold (>-30 mV)

High threshold (>-30 mV)

Pharmacology Blocked by DHPs Less sensitive to DHPs

Insensitive to DHPs, blocked by ω-conotoxin GVIA

Insensitive to DHPs, blocked by ω-agatoxin IVA

Insensitive to DHPs, ω-conotoxin GVIA, and ω-agatoxin IVA

Location Heart, skeletal muscle, neurons, vascular smooth muscle, uterus, neuroendocrine cells

Sinoatrial node of heart, brain neurons

Presynaptic terminals, dendrites, and cell bodies of neurons

Cerebellar Purkinje and granule cells, cell bodies of central neurons

Cerebellar granule cells, neurons

Function EC coupling in skeletal muscle, link membrane depolarization to intracellular Ca signaling

Repetitive firing of action potentials in heart and many neurons

Exocytotic neurotransmitter release

Exocytotic neurotransmitter release

Exocytotic neurotransmitter release

Channel protein (gene)

Cav1.1 (CACNA1S)Cav1.2 (CACNA1C)Cav1.3 (CACNA1D)Cav1.4 (CACNA1F)

Cav3.1 (CACNA1G)Cav3.2 (CACNA1H)Cav3.3 (CACNA1I)

Cav2.2 (CACNA1B)

Cav2.1 (CACNA1A) Cav2.3 (CACNA1E)

Activados por ligando (receptores ionotrópicos)

• Sus agonistas la probalidad de apertura y el tiempo que permanecen abiertos: flujos iónicos que modifican Em.

• Además del sitio para unir el agonista, también cuentan con sitios para moduladores alostéricos, ej. glicina para R tipo NMDA.

• Presencia de isoformas que explica la enorme diversidad que existe en los tejidos, especialmente en SNC

• Esenciales en la transmisión sináptica

Clasificación de los receptores ionótropicos

Se clasifican en 3 familias:– “Cys loop”: GABAA, R ionot de glicina, nicotínico de

ACh y el 5HT3: pentaméricos (homo o hetero), c/subun con 4TM, el poro formado por los 2TM

– Rs ionotrópicos de glutamato (NMDA, AMPA y kainato): tetrámeros, c/subun con 3TM, el 2TM=horquilla=poro. NMDA: subunidades NR1-3; AMPA: subunidades GluR1-4; kainato: subunidades KA1-2 y GluR5-7.

– P2X: trímero, c/subun con 2TM, gran asa extracelular entre ambos dominios. Formados por 7 subun distintas: P2X1-P2X7. Iptes en nocicepción y regulación autonómica de la musculatura visceral.

Imagen tridimensional del receptor nicotínico.

Receptor nicotínico

Libro de texto. pag. 213: 1-10 y : 1-4

ò

Principales tipos de receptores nicotínicos

Se indica localizacion anatómica, estequiometría, perfil farmacológico y permeabilidad relativa al calcio. Las puntas de flecha representan los sitios de unión a la ACh.

En el adulto, la subunidad epsilon le confiere más g pero menos t de apertura al receptor nicotínico muscular.

Cordero-Erausquin y col., 2000

El receptor GABA A

Libro de texto. pag. 316

Combinación de 7 subun diferentes: ,, ,,,,

Sitios moduladores para: la glicina y la D-serina que funcionan como coagonistas; el Mg+ que bloquea el canal en reposo, ante una despolarización este bloqueo se desplaza; el Zn++ que desde afuera tiende a bloquear el canal con independencia de su estado de actividad; las poliaminas que también facilitan su apertura y para fármacos bloqueadores como la ketamina (anestesico) y la memantina (Alzheimer)

El receptor NMDA para glutamato y aspartato

Purves D. Neuroscience. 2 ed. pag. 155

Rs NMDA

Rs NMDA

Rs AMPA (desensib rápida)

Ambos Rs

Rs NMDA