I canali ionici permettono dei flussi molto rapidi e intensi
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Tipo di trasportatore Velocità di turnover
Pompe ioniche 2-5·102/sec
Glucoso-permeasi 103-104/sec
Canale del Na+ ~108/sec
I canali ionici permettono dei flussi molto rapidi e intensi
Lato extracellulare Lato citoplasmatico
Poro acquosoFiltro di selettività
Residui di zuccheri
bilayer lipidico
Struttura di base di un canale ionico
Canale ionico in 3D – Shaker K+
Quattro subunità
Canale ionico in 3D – PorinaUnica 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+
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.
Gli ioni Na+, essendo più piccoli, non possono coordinarsi perfettamente con questi O e quindi attraversano il canale solo raramente.
K+ in H2O Na+ in H2O
K+ nel poro Na+ nel poro
canale del potassio
canale del sodio
canale-recettore per l’Ach
canale del potassio
canale del sodio
Dimensioni del Poro
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
Concentr. di Na+ o K+ (mM)
Co
nd
utt
an
za d
i s
ing
olo
ca
na
le (
pS
)
Anche nel caso dei canali ionici i flussi sono saturanti
Canali Ionici: classificazione in base alle modalità di apertura
Voltaggio-dipendenti: rispondono a
variazioni di Vm
Sempre aperti
extracell.
intracell.
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 voltaggio-dipendenti
Canale chemio-dipendente
Canale voltaggio-dipendente
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