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Canales iónicos





Los canales iónicos son selectivos para los distintos iones y están regulados

Dos propiedades diferencian a los canales iónicos de poros acuosos simples. En primer lugar, poseen selectividad iónica que determina que pasen algunos iones inorgánicos pero no otros. Depende del diámetro y la conformación de los canales iónicos y distribución de los aminoácidos cargados que los tapizan. Por ejemplo, los canales estrechos no permiten el paso de iones de gran tamaño y los canales con un revestimiento de cargas negativas impedirán el ingreso de iones negativos debido a la repulsión electrostática mutua entre cargas del mismo signo.

En las soluciones acuosas todos lo iones están rodeados por una pequeña cubierta de moléculas de agua y para poder pasar de uno por vez a través del filtro selectivo de la porción más estrecha del canal deben perder la mayor parte de las moléculas de agua asociadas.

La segunda diferencia importante consiste en que estos últimos no están continuamente abiertos. El sentido del transporte se perdería si no existiera la posibilidad de controlar el flujo iónico y si la totalidad de los varios miles de canales iónicos de la membrana celular estuvieran abiertos en forma continua. Lo que realmente sucede es que los canales iónicos se abren durante un lapso breve para luego volver a cerrase, están regulados por distintos factores, es decir, un estímulo específico determina que los canales iónicos fluctúen entre le estado de apertura y el estado de cierre mediante una alteración de su conformación.

Los canales iónicos presentan una gran ventaja respecto de las proteínas transportadoras en que se refiere a la velocidad de transporte máxima.

Por otra parte, los canales iónicos no pueden acoplar flujo iónico con una fuente de energía para llevar acabo el transporte activo. La función de la mayor parte de los canales iónicos consiste meramente en inducir una permeabilidad transitoria de la membrana a determinados iones inorgánicos, principalmente Na+, K+, Ca2+ o Cl+, y permitir que estos iones se difundan con rapidez a través de la membrana en respuesta a gradientes electroquímicos cuando las compuertas de los canales iónicos se encuentran abiertas.

El flujo de iones modifica el voltaje a través de la membrana, es decir el potencial de membrana, lo que también altera las fuerzas electroquímicas impulsadoras del movimiento transmembrana de todos los otro iones.

El potencial de membrana representa el elemento fundamental de toda la actividad eléctrica de las células, sean vegetales, animales o protozoos. Antes de describir la forma en que se genera el potencial de membrana veremos cómo se mide la actividad de los canales iónicos.

Los canales iónicos fluctúan en forma aleatoria entre los estados abierto y cerrado.

El principal método para estudiar los desplazamientos de iones y los canales iónicos en las células vivas consiste en la medición de las alteraciones de la corriente eléctrica. Permiten detectar y medir la corriente eléctrica que fluye a través de una molécula de proteína de canal aislada. Se conoce con el nombre de registro de zona y permite obtener una imagen directa y notable del comportamiento de cada canal iónico.

Se basa en la utilización de un tubo fino de vidrio como microelectrodo para establecer contacto con la superficie celular; el tubo se llena con una solución conductora acuosa y la punta fina se coloca de manera que ejerza presión sobre la superficie de la célula. Después se aplica una fuerza de aspiración suave para inducir u cierre eléctrico hérmetico en punto de que la membrana entra en contacto con el extremo del microelectrodo.

Para exponer el lado del citosol de la membrana es necesario separar suavemente de la célula la zona de la membrana que fue aspirada por el microelectrodo. Se inserta una alambre metálico en el lado opuesto y abierto del microelectrodo. La corriente pasa por el alambre metálico a través de instrumentos de medición en los canales iónicos del segmento de membrana que recubre su punta para retornar al medio que cubre la célula o la parte de la membrana desprendida. Los iones que pasaran por sus canales son aceptados por la modificación de la concentración de iones en el medio que recubre ambos lados de la fracción de la membrana aislada.

La técnica que permite seguir las alteraciones conformacionales de una molécula aislada es la de un solo canal.

Si las alteraciones de las condiciones favorecen la apertura el canal permanecerá abierto por un tiempo mas largo aunque no de forma continua esta es la manera en que los canales iónicos pueden ser regulados por condiciones intra o extracelulares.

La variación de estímulos es importante en la apertura y cierre de los canales iónicos.

Varios canales diferentes pueden estar presentes (hasta cien) en un simple organismo. Diferenciándose en:

• La selectividad iónica.

• La regulación ya sea por voltaje por un ligando o por estrés.

Los regulados por voltaje accionan al potencial de membrana propagando señales eléctricas en las células nerviosas, musculares, oocitos, protozoos incluso células vegetales, también poseen dominios con carga, estos se llaman sensores de voltaje sensibles a los cambios del potencial de la membrana. Cualquier cambio por arriba actúa sobre los dominios proteicos de magnitud suficiente como para acelerar el paso del canal de la conformación abierta o cerrada o igual al revez. Solo cambia la opción de que el canal este abierto sin afectar la amplitud de la apertura del canal.

Es necesario considerar los mecanismos que controlan el potencial de membrana para la función de estos canales regulados por voltaje. Es fundamental conocer los circuitos de control: canal iónico\ potencial de membrana\ canal iónico\ para los procesos de marcación eléctrica.

El potencial de membrana es dominado por la permeabilidad de la membrana a iones específicos.

Las células poseen una diferencia de potencial eléctrico, o potencial de membrana. Un flujo de iones a través de una membrana celular se detecta como una corriente eléctrica mientras que una acumulación de iones no contrarrestada por una acumulación equivalente de iones de carga opuesta se detecta como una acumulación de carga eléctrica, o un potencial de membrana.

Para analizar el origen y el mantenimiento de un potencial de membrana deben tenerse presentes los desplazamientos de iones hacia el interior y el exterior de una célula animal típica en un estado no estimulado o de reposo; que es esta condición de equilibrio en la que el flujo de iones positivos y negativos a través de la membrana plasmática se encuentra exactamente equilibrado, por lo que no se acumulara ninguna diferencia de carga adicional a través de la membrana en reposo varia entre -20 y -200 mV según el organismo y el tipo celular. Es un valor negativo debido a que el interior de la célula es negativo con respecto al interior.

El valor real del potencial de membrana en reposo en las células animales refleja sobre todo el gradiente de concentración de K+ a través de la membrana plasmática, dado que en el estado de reposo esta membrana es permeable sobre todo al K+ y el K+ es el principal catión intracelular.

Si se abren de repente otros canales permeables a algún otro ion, por ejemplo, el Na+ pasara al interior de la célula a través de estos canales y ello reducirá la negatividad del potencial de membrana e incluso podría convertirlo en positivo.

Ahora entraremos al tema de las células nerviosas para comprender la señalización eléctrica uso de canales iónicos.

Canales iónicos y transmisión de señales en las células nerviosas.

Su función es recibir, conducir y transmitir señales desde órganos sensitivos hasta sistema nervioso central. En el SNC las señales son transmitidas de una a otra neurona por medio de redes muy compleja permitiendo a el cerebro y medula espina interpreten a las señales provenientes de los órganos sensitivos para responder de manera adecuada.

Las neuronas contienen nucleo. Por lo general poseen un axón largo que llevan las señales desde el cuerpo celular a las células diana mas distantes denominadas dendritas, el extremo distal del axón se subdivide en diferentes ramas y cada una de las ramas finaliza en la terminación nerviosa. Asi mismo pueden presentar las dendritas arborizaciones muy extensas que en algunos casas permiten que una solo neurona reciba hasta 100000 impulsos nerviosos.

Bibliografia :

Biologia Molecular de la CelulaR 3era edicion Bruce Alberts ,Dennis Bray, 1996.