Canle iónica regulada por voltaxe

As canles iónicas reguladas por voltaxe ou canles iónicas dependentes de voltaxe (en inglés voltage-gated ion channels) son un tipo de proteínas transmembrana que forman canles iónicas que son activadas por cambios no potencial de membrana eléctrico preto da canle. O potencial de membrana altera a conformación das proteínas da canle, regulando a súa apertura e peche. As membranas celulares son xeralmente impermeables aos ións, polo que estes deben difundir a través da membrana por canles proteicas transmembrana. Desempeñan un papel fundamental en células excitables como as neuronas e células musculares, permitindo unha rápida e coordinada despolarización en resposta a un cambio de voltaxe que a desencadea. Estas canles atópanse ao longo do axón e na sinapse e propagan direccionalmente sinais eléctricos. As canles iónicas reguladas por voltaxe adoitan ser específicas de ións, e identificáronse canles específicas para os ións sodio (Na+), potasio (K+), calcio (Ca2+), e cloruro (Cl–). A apertura e peche das canles é desencadeada por cambios na concentración de ións, e, por tanto, gradientes de carga, entre ambos os lados da membrana.

 Estrutura 

miniatura|Conformación de catro dominios homólogos mostrando a formación do poro central.
As canles iónicas reguladas por voltaxe están xeralmente compostas por varias subunidades arranxadas de tal maneira que hai un poro central a través do cal poden pasar os ións a favor do gradiente electroquímico. As canles adoitan ser específicas de ión, aínda que os ións de similar tamaño e carga poden ás veces pasar tamén a través deles. A funcionalidade das canles iónicas reguladas por voltaxe atribúese ás súas tres subunidades: o sensor de voltaxe, o poro ou vía condutora, e a comporta. As canles de Na+, K+ e Ca2+ están compostas por catro dominios transmembrana dispostos arredor do poro central; estes catro dominios forman parte dunha soa subunidade α no caso da maioría das canles de Na+ e Ca2+, mentres que na maioría das canles de K+ hai catro subunidades α, cada unha das cales contribúe cun dominio transmembrana. Os segmentos que se estenden dun lado a outro da membrana, designados como S1 a S6, teñen todos forma de hélice alfa con funcións especializadas. Os quinto e sexto segmentos transmembrana (S5 e S6) e o bucle do poro desempeña o principal papel na condución de ións, comprendendo a comporta e o poro da canle, mentres que S1-S4 funcionan como rexión sensible á voltaxe. As catro subunidades poden ser idénticas, ou diferentes. Ademais das catro subunidades α centrais, hai tamén subunidades β reguladoras, con actividade de oxidorreductase, que están localizadas na superficie interna da membrana celular e non cruzan a membrana, as cales son coensambladas coas subunidades α no retículo endoplasmático.

 Mecanismo 

Estudos estruturais cristalográficos dunha canle de potasio mostraron que, cando se introduce unha diferenza de potencial na membrana, o campo eléctrico asociado induce un cambio conformacional na canle de potasio. O cambio conformacional distorsiona a forma das proteínas da canle o suficiente para que a cavidade, ou canle, se abra para permitir o influxo ou efluxo a través da membrana. Este movemento de ións a favor das gradientes de concentración xera seguidamente unha corrente eléctrica suficiente para despolarizar a membrana celular.

As canles de sodio e de calcio reguladas por voltaxe están constituídas por un só polipéptido con catro dominios homólogos. Cada dominio contén 6 hélices alfa que abranguen a membrana. Unha destas hélices, a S4, é a hélice sensible á voltaxe. O segmento S4 contén moitas cargas positivas, polo que unha carga positiva alta fóra da célula repele a hélice, mantendo a canle no seu estado pechado.

En xeral, a porción sensible á voltaxe da canle iónica é responsable da detección de cambios no potencial transmembrana que desencadea a apertura ou peche da canle. As hélices alfa S1-4 crese xeralmente que desempeñan este papel. Nas canles de sodio e potasio, as hélices S4 sensibles á voltaxe conteñen residuos de lisina ou arxinina cargados positivamente en motivos repetidos. Na estado de repouso, a metade de cada hélice S4 está en contacto co citosol celular. Coa despolarización, os residuos cargados positivamente nos seus dominios S4 móvense cara á superficie exoplásmica da membrana. Pénsase que as 4 primeiras arxininas explican a creación da corrente de comporta, que se move cara ao solvente extracelular por activación da canle en resposta á despolarización da membrana. O movemento de 10–12 destas cargas positivas unidas a proteína desencadea un cambio conformacional que abre a canle. Non hai acordo sobre cal é o mecanismo exacto polo cal ocorre este movemento; porén, exemplos de teorías actuais son os modelos chamados canónico, de transportador, de pa e retorto.

O movemento do sensor de voltaxe desencadea un cambio conformacional da comporta da vía condutora, controlando o fluxo de ións a través da canle.

A principal parte funcional do dominio proteico sensible á voltaxe destas canles contén xeralmente unha rexión composta das hélices S3b e S4, coñecida como a "pa" ("paddle") debido á súa forma, que parece ser unha secuencia conservada, intercambiable a través dunha gran variedade de células e especies. Unha "pa" sensora de voltaxe similar encontrouse tamén na familia das fosfatases sensibles á voltaxe en varias especies. A substitución por enxeñaría xenética da rexión da pa dunha especie de arquea que habita en zonas volcánicas a canles de potasio de cerebro de rata ten como resultado unha canle iónica completamente funcional, con tal de que se substitúa a "pa" intacta completa. Esta "modularidade" permite o uso de sistemas modelo simples e baratos para estudar a función desta rexión, o seu papel en enfermidades, e o control farmacéutico do seu comportamento en vez de estar limitado a preparacións difíciles de estudar e pouco caracterizadas.

Aínda que as canles iónicas reguladas por voltaxe son activadas normalmente pola despolarización da membrana, algunhas canles, como as canles de ión potasio rectificadora interna son activadas por hiperpolarización.

A comporta crese que está acoplada con rexións sensibles á voltaxe das canles e parece conter unha obstrución mecánica ao fluxo de ións. Aínda que hai acordo sobre que o dominio S6 é o segmento que actúa como dita obstrución, descoñécese o seu mecanismo exacto. Posibles explicacións son: o segmento S6 fai un movemento en tesoira que permite que os ións flúan ao seu través, o segmento S6 sepárase en dous segmentos permitindo o paso dos ións, ou a canle S6 funciona como a propia comporta. O mecanismo polo cal o movemento do segmento S4 afecta a S6 non se coñece; porén, teorizouse que hai un enlazador ou linker S4-S5 cuxo movemento permite a apertura de S6.

A inactivación das canles iónicas ocorre en cuestión de milisegundos despois da súa apertura. A inactivación pénsase que está mediada por unha comporta intracelular que controla a apertura do poro no lado interno da célula. Esta comporta ten a forma dunha bóla unida a unha cadea flexible. Durante a inactivación, a cadea prégase sobre si mesma e a bóla bloquea o fluxo de ións a través da canle. A inactivación rápida está directamente ligada á activación causada por movementos intramembrana dos segmentos S4, aínda que non se sabe cal é o mecanismo do movemento de S4 e a súa relación coa comporta de inactivación.

 Tipos 

 Canles de sodio (Na+) 

As canles de sodio teñen propiedades funcionais similares en moitos tipos celulares. Aínda que se identificaron os xenes humanos que codifican as canles de sodio, as súas funcións están tipicamentre conservadas entre especies e diferentes tipos celulares.

 Canles de calcio (Ca2+) 

Identificaron 16 xenes das canles de calcio humanas, este tipo de canles difiren na súa función nos distintos tipos celulares. As canles de Ca2+ producen potenciais de acción similares ás das canles de Na+ nalgunhas neuronas. Tamén xogan un papel na liberación de neurotransmisores nas terminacións nerviosas presináptica. Na maioría das células, as canles de Ca2+ regulan unha ampla variedade de procesos bioquímicos debido ao seu papel no control das concentracións intracelulares de Ca2+.

 Canles de potasio (K+) 

As canles de potasio son a clase máis grande e máis diversa de canles reguladas por voltaxe, cuns 100 xenes humanos que as codifican. Estes tipos de canles diferéncianse significativamente nas súas propiedades de comporta; algúns deles inactívanse de forma extremadamente lenta e outros extremadamente rápido. Esta diferenza en tempo de activación inflúe na duración e taxa de disparo do potencial de acción, o cal ten un efecto significativo sobre a condución eléctrica ao longo do axón así como na transmisión sináptica. As canles de potasio difiren en estrutura das outras canles porque conteñen catro subunidades polipeptídicas separadas, mentres que outras canles conteñen catro dominios homólogos dun só polipéptido.

 Canles de cloruro (Cl−) 

As canles de cloruro están presentes en todos os tipos de neuronas. A súa principal responsabilidade é controlar a excitabilidade, e as canles de cloruro contribúen ao mantemento do potencial de repouso da célula e axudan a regular o volume celular.

 Canles de protóns (H+) 

As canles de protóns reguladas por voltaxe crean correntes mediadas por ións hidróxeno en forma de hidronio, e son activadas por despolarización de maneira dependente de pH. Funcionan retirando acidez das células.

 Filoxenética 
Os estudos filoxenéticos de proteínas expresadas en bacterias revelaron a existencia dunha superfamilia de canles de sodio reguladas por voltaxe. Posteriores estudos mostraron que había outras diversas canles iónicas e transportadores que estaban relacionados filoxeneticamente coas canles iónicas reguladas por voltaxe, como as canles de K+ rectificadora interna, as canles de Ca2+ de receptor de ryanodine-inositol 1,4,5-trifosfato, canles de Ca2+ de potencial receptor transitorio, as canles de catións de policistina, as canles iónicas reguladas por glutamato, as canles de cloruro dependentes de calcio, os catión monovalente:protón antiportadores, tipo 1 e os transportadores de potasio.

 Notas 

 Véxase tamén 
 Outros artigos 
 Canle iónica regulada por ligando

 Ligazóns externas 
Subunidades de canles iónicas reguladas por voltaxe de IUPHAR-DB 
Compendio da IUPHAR sobre canles iónicas reguladas por voltaxe 2005 


Categoría:Canles iónicas
Categoría:Electrofisioloxía
Categoría:Proteínas integrais de membrana