Gating dei canali ionici

I canali ionici sono delle proteine di membrana che formano un poro idrofilo attraverso cui possono transitare, a grande velocità, gli ioni inorganici. I canali ionici hanno due proprietà fondamentali che sono il gating e la selettività.

Quasi tutti i canali ionici localizzati a livello delle membrane cellulari sono in grado di passare, in risposta a segnali specifici, da una conformazione aperta in cui è ammesso il passaggio degli ioni ad una conformazione chiusa.

Un modello che ci permette di spiegare la transizione tra apertura e chiusura è la presenza di una “porta” (gate), che è una propaggine molecolare del canale, capace di muoversi in modo da occludere o da aprire il lume del canale ionico. Il gate è ovviamente costituito da una specifica sequenza amminoacidica.

Varie categorie di gated channels

Ci sono 5 diverse categorie di canali provvisti di gate, che si distinguono in base al meccanismo di gating.

  • Canali controllati dal voltaggio
  • Canali controllati dal ligando
  • Canali controllati dalla sollecitazione meccanica
  • Canali controllati dalla temperatura
  • Canali controllati dalla luce

Canali voltaggio dipendenti

La transizione dalla conformazione aperta a quello chiusa, e viceversa, avviene in risposta ad una variazione della differenza di potenziale elettrico a cavallo della membrana, che genera di conseguenza una variazione del campo elettrico all’interno della membrana.

In questi canali il gate è provvisto di amminoacidi carichi che risentono della forza (attrattiva o repulsiva) esercitata dal campo elettrico all’interno della membrana. In base alle variazioni del campo elettrico il gate provoca la chiusura o l’apertura del canale.

Canali di membrana voltaggio dipendenti
Fonte: V. Taglietti FISIOLOGIA e BIOFISICA delle cellule – V Ed EdiSES
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Canali chemio-dipendenti o ligando-dipendenti

La transizione dalla conformazione chiusa a quella aperta avviene in seguito al legame di molecole messaggere, dette ligandi, ad uno specifico sito recettoriale del canale. Il recettore può trovarsi sul lato extracellulare o sul lato intracellulare.

Il legame del ligando provoca una variazione conformazionale di tutto il canale che determina il movimento del gate e l’apertura del canale. Il canale si chiude quando il ligando si stacca dal sito recettoriale.

Un esempio di canali di questo tipo sono i recettori nicotinici che si trovano a livello della placca motrice: quando l’acetilcolina si lega al recettore si verifica un cambio conformazionale che permette l’ingresso di sodio.

Canali meccano-sensibili

Il gate di questi canali è connesso con il citoscheletro e, in risposta a sollecitazioni meccaniche come una deformazione, si apre e permette il flusso degli ioni.

Questi canali sono importanti per vari processi fisiologici come la percezione della pressione sulla pelle, delle vibrazioni dell’aria (udito) e per la propriocezione.

Canali sensibili alla temperatura

Passano dalla conformazione chiusa a quella aperta in risposta a piccole variazioni di temperatura. Sono coinvolti nella percezioni del caldo e del freddo.

Pare che questi canali siano provvisti di amminoacidi che, in risposta a piccole variazioni di temperatura, si muovono provocando l’apertura o la chiusura del canale.

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