6.13: Canales iónicos

El movimiento de iones como sodio, potasio y calcio dentro y fuera de la célula es esencial para mantener el gradiente electroquímico en las células vivas. Los canales iónicos– una clase de proteínas transportadoras de membrana–ayudan a mantener este gradiente iónico para el buen funcionamiento de actividades fisiológicas, como mantener el tamaño y el volumen de las células, conducir los impulsos nerviosos y el intercambio de gases y nutrientes.

Los canales iónicos son proteínas de membrana integrales especializadas en la membrana plasmática que permiten que iones específicos pasen a lo largo de su gradiente electroquímico. Su función principal es mantener el potencial de membrana crítico para la viabilidad celular. Dos tipos de canales atraviesan la membrana plasmática, los canales cerrados y los no cerrados, que pueden transportar más de mil iones en milisegundos.

Para la mayoría de las células, especialmente las excitables, hay una carga más negativa en el interior de la célula que en el exterior debido a una mayor cantidad de iones negativos que de iones positivos. Para las células excitables, como las neuronas que se activan, las células musculares que se contraen o las células sensoriales del tacto, el potencial de membrana debe poder cambiar rápidamente, pasando de un potencial de membrana negativo a uno más positivo. Para lograr esto, las células dependen de dos tipos de canales iónicos activados: canales iónicos activados por ligando y activados por voltaje.

Los canales iónicos pueden desempeñar un papel en las migrañas. La duramadre es una cubierta protectora del cerebro. Está inervado por varios nervios craneales. Se plantea la hipótesis de que las migrañas se originan en estos nervios. Tanto los canales iónicos activados por ligando como por voltaje en la duramadre pueden potenciar las señales de dolor al alterar los potenciales de membrana.

Los canales iónicos se encuentran en las plantas. Por ejemplo, en las hojas de las plantas, la apertura de los estomas por parte de las células protectoras circundantes requiere gradientes de iones potasio (K⁺). El transporte activo de iones de hidrógeno (H⁺) fuera de la célula protectora crea un potencial de membrana que impulsa el movimiento hacia adentro de K⁺. Esta absorción de K⁺ por las células protectoras a través de los canales de potasio desencadena el movimiento de agua hacia el interior de las células. Este influjo osmótico hace que las células protectoras se expandan y abran los estomas. Cuando el potasio sale de las células protectoras, el agua sigue por ósmosis. Las células protectoras ahora flácidas cierran el estoma.

Las bacterias requieren gradientes iónicos para varias funciones celulares mantenidas por diferentes canales iónicos. Las porinas en procariotas permiten la difusión pasiva de nutrientes, sales y desechos a través de la membrana y a lo largo del gradiente de concentración sin el gasto de ATP. Además, los canales mecanosensibles activados desempeñan un papel importante durante el shock osmótico. Cuando las bacterias se mueven de una región de alta osmolaridad a una región de baja osmolaridad, estos canales, que actúan como válvulas de liberación de emergencia, se abren para liberar los solutos al citoplasma para mantener el desequilibrio entre los ambientes externo e interno.

- [Instructor] Hay dos tipos principales

de receptores acoplados a canales iónicos, el ligando y

el regulado por voltaje.

Cada uno se distingue por la señal

que abre sus poros selectivos

para permitir que pasen iones específicos.

El primer tipo, un canal iónico activado por el ligando,

se abre cuando una molécula de señalización

ya sea un ligando extra o intracelular,

como un neurotransmisor o ion,

se une a la proteína integral,

causando que cambie de forma.

Cuando se abre la puerta, los iones se difunden a través de

la membrana

y provoca una respuesta celular.

En contraste, en un canal de iones regulado por voltaje,

regiones particulares, los sensores de voltaje,

responden al nivel del potencial de la membrana,

la diferencia neta en la carga dentro y fuera de la célula.

Al cambiar la forma del receptor, abriendo la puerta,

y permitiendo que los iones se muevan hacia adentro o hacia

afuera para igualar la carga.