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6.13: Canais de Íons

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Ion Channels

6.13: Ion Channels

6.13: Canais de Íons

Ion channels maintain the membrane potential of a cell. For most cells, especially excitable ones, the inside has a more negative charge than the outside of the cell, due to a greater number of negative ions than positive ions. For excitable cells, like firing neurons, contracting muscle cells, or sensory touch cells, the membrane potential must be able to change rapidly moving from a negative membrane potential to one that is more positive. To achieve this, cells rely on two types of ion channels: ligand-gated and voltage-gated.

Ligand-gated ion channels, also called ionotropic receptors, are transmembrane proteins that form a channel but which also have a binding site. When a ligand binds to the surface, it opens the ion channel. Common ionotropic receptors include the NMDA, kainate, and AMPA glutamate receptors and the nicotinic acetylcholine receptors. While the majority of ionotropic receptors are activated by extracellular binding of neurotransmitters such as glutamate or acetylcholine, a few can be intracellularly activated by ions themselves.

When a ligand, like glutamate or acetylcholine, binds to its receptor it allows the influx of sodium (Na+) and calcium (Ca2+) ions into the cells. The positive ions, or cations, follow down their electrochemical gradient, moving from the more positive extracellular surface to the less positive (more negative) intracellular surface. This changes the membrane potential near the receptor, which can then activate nearby voltage gated ion channels to propagate the change in membrane potential throughout the cell.

Another ligand gated ion channel, the GABAA receptor, permits chloride ion (Cl-) into the cells. This actually lowers the membrane potential, limiting the propagating effects and inhibiting the excitable cell.

Voltage-gated ion channels open or close in response to changes in membrane potential, such as when a neighboring ligand-gated ion channel opens. There are several different types of voltage-gated channels that have selective permeability, meaning ions are filtered by size and charge. Voltage-gated calcium channels are important for muscle contraction and neurotransmitter release. Potassium channels work to repolarize the cell membrane after an action potential. Voltage-gated proton channels open during depolarization to remove protons from the cell.

Ion channels may play a role in migraine headaches. The dura mater is a protective covering for the brain. It is innervated by several cranial nerves. It is hypothesized that migraine originates in these nerves. Both ligand- and voltage-gated ion channels in the dura mater may potentiate pain signals by altering membrane potentials.

Canais de íons mantêm o potencial de membrana de uma célula. Para a maioria das células, especialmente as excitáveis, o interior tem uma carga mais negativa do que o exterior da célula, devido a um número maior de íons negativos do que íons positivos. Para células excitáveis, como disparar neurônios, contrair células musculares ou células de toque sensorial, o potencial de membrana deve ser capaz de mudar rapidamente de um potencial de membrana negativa para um que seja mais positivo. Para isso, as células contam com dois tipos de canais de íons: ligantes e fechados com tensão.

Canais de íons com ligação, também chamados receptores ionotrópicos, são proteínas transmembranas que formam um canal, mas que também têm um local de ligação. Quando um ligante se liga à superfície, ele abre o canal de íons. Os receptores ionotrótrópicos comuns incluem os receptores de glutamato NMDA, kainate e AMPA e os receptores de acetilcolina nicotínica. Enquanto a maioria dos receptores ionotrópicos são ativados por ligações extracelulares de neurotransmissores como glutamato ou acetilcolina, alguns podem ser ativados intracelularmente pelos próprios íons.

Quando um ligante, como glutamato ou acetilcolina, se liga ao seu receptor permite o influxo de íons de sódio (Na+) e cálcio (Ca2+) nas células. Os íons positivos, ou cations, seguem seu gradiente eletroquímico, movendo-se da superfície extracelular mais positiva para a superfície intracelular menos positiva (mais negativa). Isso altera o potencial da membrana perto do receptor, que pode então ativar canais de íons fechados de tensão próximos para propagar a mudança no potencial da membrana em toda a célula.

Outro canal de íons fechado ligante, o receptor GABAA, permite íon cloreto (Cl-) nas células. Isso realmente reduz o potencial da membrana, limitando os efeitos de propagação e inibindo a célula excitável.

Canais de íons fechados de tensão abrem ou fecham em resposta a alterações no potencial da membrana, como quando um canal de íons vizinho abre. Existem vários tipos diferentes de canais fechados de tensão que têm permeabilidade seletiva, o que significa que os íons são filtrados por tamanho e carga. Canais de cálcio fechados com tensão são importantes para a contração muscular e liberação de neurotransmissores. Os canais de potássio trabalham para repolarizar a membrana celular após um potencial de ação. Canais de prótons fechados com tensão abrem durante a despolarização para remover prótons da célula.

Canais de íons podem desempenhar um papel nas dores de cabeça da enxaqueca. A dura-mãe é uma cobertura protetora para o cérebro. É inervatado por vários nervos cranianos. É a hipótese de que a enxaqueca se origina nesses nervos. Ambos os canais de íons com ligadura e tensão no dura-maternidade podem potencializar sinais de dor alterando os potenciais da membrana.

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