Canales IonicosDavid Rodriguez Vazquez

• La membrana celular es una barrera que separa dos medios acuosos de distinta composición regulándolos. La mayoría de los fármacos y solutos liposolubles, cuando no están ionizados, atraviesan directamente la membrana celular por un proceso de difusión pasiva, que facilita el paso desde la zona más concentrada a la más diluida (Ley de Fick).

• Las moléculas más hidrofílicas, como los iones, son inmiscibles en los lípidos de la membrana y para atravesarla requieren de mecanismos específicos de transporte. En algunos casos, los iones pasan a través de poros hidrofílicos denominados canales iónicos, y en otros se transportan a favor de su gradiente de concentración uniéndose a proteínas transportadoras.

• Ambos sistemas de transporte son pasivos y, por tanto, no consumen energía. La gran ventaja es que los canales iónicos permiten el flujo de iones a través a una velocidad muy superior a la de cualquier otro sistema biológico (10^8 iones/seg frente a 10^3 iones/seg de un transportador).

• Los canales iónicos son complejos heteromultiméricos formados por el ensamblaje de varias proteínas que se encuentran embebidas total o parcialmente en la membrana a las que denominamos subunidades. Los canales iónicos son responsables de la transmisión del impulso eléctrico y mecánico a través de los miocitos cardíacos.

• Los canales constan de una subunidad que forma el poro hidrofílico que comunica los espacios intra y extracelular y permite el rápido paso a su través de determinados iones a favor de su gradiente electroquímico generando una corriente iónica. 

• En condiciones fisiológicas, los iones Na+y Ca2+ ([Ca2+]o= 2,5 mM, [Ca2+]i = 0.0001 mM) se mueven hacia el interior de la célula, generando una corriente de entrada que despolariza la membrana; la salida de iones K+ ([K+]o = 4 mM, [K+]i = 155 mM) hacia el medio extracelular y la entrada de iones Cl- hacia el interior celular ([Cl-]o = 101 mM, [Cl-]i = 5- 30 mM) facilitan la repolarización celular y que el potencial de membrana alcance los niveles del potencial de reposo.

Caracteristicas

• Un filtro de selectividad, que determina que ión se mueve a través. El mecanismo de selectividad se basa tanto en el tamaño del ión en su forma hidratada como en su carga, de modo que ciertos residuos del canal se alinean en el poro e interaccionan con los iones, formando barreras termodinámicas que favorecen el paso de un determiando ión. Así los canales de K+, son 10000 veces más permeables para el K+ que para el Na +. En general, el poro de los canales voltaje-dependientes es altamente selectivo para un determinado ión, mientras que los activados por receptores presentan menor selectividad y pueden, en muchos casos, conducir aniones o cationes a su través.

• Compuertas que se abren o se cierran en respuesta a estímulos externos y controlan la permeabilidad de la membrana. En respuesta a diversos estímulos, las proteínas del canal son capaces de adoptar diversos estados o conformaciones estructurales. Los canales activados por cambios de voltaje presentan, al menos, un estado conductor (estado abierto o activo) y dos o más no-conductores (estados inactivo y de reposo). Los cambios conformacionales de la proteína entre los distintos estados se producen de forma muy rápida (< 10 ?s) y se denominangating . El estado abierto permite el paso de iones a su través. 

• La apertura y cierre de los canales iónicos es controlada por un sensor eléctrico, químico o mecánico. En los canales activados por cambios voltaje el sensor está determinado por varios aminoácidos con carga positiva que se localizan en el segmento S4, que actúa como un dipolo eléctrico, y los segmentos S2 y S3. Durante la despolarización celular el segmento se mueve a través de la membrana, cambiando la estructura terciaria del canal. El movimiento del sensor de voltaje crea un movimiento de cargas (llamado corriente de compuerta o de gating) que cambia la energía libre que modifica la estructura terciaria del canal abriéndolo o cerrándolo.

CANAL DE SODIO•             La apertura del canal de sodio lleva el potencial de

membrana a un valor muy positivo (+66 mV). El sodio tiende a entrar en la célula por gradiente de concentración y por atracción electrostática, con lo que introduce en la célula cargas positivas y produce depolarización. Durante el potencial de acción, la apertura de los canales de sodio dependientes de voltaje hace que el potencial de la membrana se haga positivo (+30 mV), aunque en este caso queda algo más bajo que el potencial de equilibrio del sodio, porque los canales están abiertos durante un tiempo muy corto y no da tiempo a que se equilibren las cargas.

CANAL DE POTASIO•             Cuando se abre el canal de potasio el potencial de la

membrana se hace más negativo (hiperpolarización).• El potasio está más concentrado en el interior de la célula, por

ese motivo cuando se abren canales de potasio este ion tiende a salir por gradiente de concentración. Esto extrae cargas eléctricas positivas del interior de la célula, y deja el potencial de ésta más negativo. El potencial de equilibrio del potasio es de aproximadamente –100 mV, y cuando aumenta la permeabilidad a este ión el potencial de la membrana se acerca a este potencial de equilibrio.