I canali ionici permettono dei
flussi molto rapidi e intensi
Tipo di trasportatore
Velocità di turnover
Pompe ioniche
2-5·102/sec
Glucoso-permeasi
103-104/sec
Canale del Na+
~108/sec
Struttura di base di un canale ionico
bilayer
lipidico
Lato extracellulare
Filtro di
selettività
Residui di
zuccheri
Lato citoplasmatico
Poro acquoso
Canale ionico in 3D – Porina
Unica subunità
Canale ionico in 3D – Shaker K+
Quattro subunità
In soluzione acquosa tutti gli ioni sono
circondati da un alone di molecole d’acqua
Raggio anidro e idrato e spessore dell’alone idrico di
solvatazione di alcuni ioni di interesse fisiologico
I canali ionici sono estremamente
selettivi nei confronti dei vari ioni
La selettività può essere conferita da una combinazione
dei seguenti fattori:
- presenza di cariche elettriche fisse sulla parete interna del
canale di intensità e densità specifiche
- raggio anidro dello ione
- grado di idratazione dello ione
Basi molecolari di selettività di un canale K+ nei
confronti del K+ rispetto al Na+
K+ in H2O
Na+ in H2O
Gli ioni K+, idrati in soluzione,
perdono le molecole di H2O quando
passano attraverso il filtro di
selettività e formano dei legami di
coordinazione con quattro O di gruppi
carbonilici.
K+ nel poro
Na+ nel poro
Gli ioni Na+, essendo più piccoli, non
possono coordinarsi perfettamente con
questi O e quindi attraversano il
canale solo raramente.
Dimensioni del Poro
canale del
potassio
canale del
sodio
canale-recettore
per l’Ach
canale del
potassio
canale del
sodio
Sezione frontale (sinistra) e vista dall’alto (destra) di un canale
selettivo per lo ione K+. Si possono osservare tre ioni K+ che stanno
attraversando il poro del canale per diffusione ristretta in singola
fila. Le molecole rappresentate da atomi rossi e bianchi sono
molecole di H2O, alcune delle quali sono ancora legate agli ioni K+
a costituire l’alone di solvatazione.
Passaggio in singola file di ioni K+ attraverso il poro del canale
Conduttanza di singolo canale (pS)
Anche nel caso dei canali ionici i
flussi sono saturanti
Concentr. di Na+ o K+ (mM)
Canali Ionici: classificazione in base
alle modalità di apertura
extracell.
intracell.
Sempre
aperti
Voltaggio-dipendenti:
rispondono a
variazioni di Vm
Chemio-dipendenti:
rispondono a un
messaggero
extracellulare
neurotrasmettitore
Chemio-dipendenti:
rispondono a un
secondo messaggero
(intracellulare)
cAMP, cGMP, Ca2+,
IP3, proteine G
Canali ionici chemio- e voltaggiodipendenti
Canale chemiodipendente
Canale voltaggiodipendente
Struttura di base di un canale
voltaggio-dipendente
Lato extracellulare
Lato citoplasmatico
Sensore del
voltaggio
Filtro di
selettività
porta
Problemi clinici correlati ai sistemi di trasporto
Fibrosi cistica – canali del cloro epiteliali
Arritmia cardiaca – canali del sodio e del potassio cardiaci
Diabete mellito non-insulina-dipendente – trasportatore
del glucosio nel tessuto adiposo