Canales Iónicos

Canales Iónicos
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Membrana plasmática
CANALES
IONICOS
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¿Qué son?
Proteínas de membrana
con varios dominios
transmembrana, que
tienen permeabilidad
selectiva por ciertos
iones.
Alan Hodgkin y Andrew Huxley
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década de los ´50
Comprenden:
PORO HIDROFÍLICO
l COMPUERTA (gate)
l FILTRO SELECTIVO: formado a partir de
α hélices transmembrana y segmentos P
conservados.
l SENSOR (voltaje, neurotransmisor, etc.)
l
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Características
l
Son muy específicos y selectivos para cada ión.
l
Permiten un pasaje muy rápido (hasta 10 millones de
iones por segundo). Este flujo genera una corriente de
pocos picoamperios (10 -12 A).
l
Tienen una especie de compuertas (gates) que
regulan el pasaje en ambos sentidos por cambios
conformacionales después de un estímulo biológico
(gating ).
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Estados conformacionales
– REPOSO: cerrado, pero disponible para su
apertura por estímulos químicos, eléctricos o
mecánicos.
– ACTIVADO: abierto, permite el paso de una
corriente iónica.
– INACTIVADO: cerrado, y NO disponible para
su apertura
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¿Qué hacen?
l Son
responsables de la permeabilidad
selectiva de la membrana.
l Permiten
cambios rápidos en la
concentración de iones (calcio) y del
potencial de membrana (transmisión de
la información a distancia).
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¿Qué no hacen?
l Mantener
la concentración diferencial
ambos lados de la membrana, esto lo
hacen las bombas como la Na+/K+ ATPasa.
l
l
crea un potencial eléctrico porque por cada 3 Na+ que saca
de la célula introduce solo 2 K+.
mantiene un potencial químico de K+ que tiende a que el
potencial de membrana sea igual al potencial de equilibrio de
este ión.
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Estructura de los canales
Se requieren 4-6 moléculas de polipéptidos para formar un poro
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Estructura de los canales
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POTENCIAL DE MEMBRANA
l
Todas las células del organismo
mantienen
una
diferencia
de
potencial eléctrico a través de la
membrana.
l
Se debe a una pequeña diferencia
de distribución de cargas a un lado y
otro de la membrana.
l
l
La actividad de las bombas
de iones.
La difusión pasiva de iones.
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Potencial de membrana
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Potencial de membrana
El movimiento selectivo de iones crea una diferencia de potencial eléctrico
transmembrana.
V = V −V
m
Si se abren canales, los
iones pueden pasar y
afectan a V.
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in
out
Potenciales de acción
La entrada de cationes
o salida de aniones
despolarizan la célula
Potenciales de
equilibrio
ENa+= +65mV
EK+ = -85mV
ECa2+ = +120 mV
ECl- =-90 mV
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La salida de cationes o la
entrada de aniones la
hiperpolarizan
Tipos de canales
1. Pueden ser selectivos al tipo de ión: canales de K+, Na+,
de Ca2+ o no selectivos: catiónicos inespecíficos, aniónicos
inespecíficos
2. Pueden ser activos o pasivos. Los activos difieren en
el mecanismo de activación:
Un canal se abre o cierra siguiendo alteraciones
de diverso tipo que sufre su microentorno.
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Clasificación
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Canales Voltaje-dependientes
Canales de Na+ voltaje-dependientes
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Canales Voltaje-dependientes
x
x
x
TTX:
tetrodotoxina
Parálisis perisférica con efectos cardiorespiratorios
TERMORRESISTENTE à MAREA ROJA
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Canales ligandos-dependientes
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Canales ligandos-dependientes
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Canales ligandos-dependientes
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Canal activado por acetilcolina
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Canal activado por acetilcolina
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Canales Mecanosensitivos
l
Se abren por el estiramiento que
sufre la membrana frente a la
aplicación de una presión y/o
tensión.
hearing
l
Canales no específicos.
touch
l
La
mayoría
de
los
canales
mecanosensibles en eucariotas
requieren acoplamiento con el
citoesqueleto
y/
la
extracelular.
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balance
matriz
gravity
cardiovascular
regulation
Canales Mecanosensitivos
En bacterias…
Osmotic
downshock
H20
Membrane tension
increases
H20
MscL gating
+ excretion
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¿Cómo se los estudia?
Se mide la corriente que pasa a través de
ellos.
Dos estrategias:
l
Se buscan células que expresen el canal de interés, los otros canales se
bloquean farmacológicamente.
l
Se usan células que expresen naturalmente pocos canales, se sobreexpresa el canal de interés.
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COMPORTAMIENTO ELÉCTRICO DE LOS
CANALES IÓNICOS
• Intensidad de Corriente: movimiento de un número de cargas por
unidad de tiempo.
i = q / t [ampere] = [coulomb] / [segundo]
• Resistencia, conductancia: La relación entre la diferencia de potencial
y la corriente desarrollada es la resistencia, esta relación constituye la
Ley de Ohm.
R = ∆V / i
[ohm] = [volt] / [ampere]
La conductancia se define como la facilidad con que fluyen los iones a
través de un material, y es la inversa de la resistencia.
G=1/R
[siemens] = 1 / [ohm]
Los canales iónicos tienen valores de conductancia de 1 a 150 pS.
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¿Cómo se los estudia?
l
Se miden diferentes parametros:
l Conductancia
l Permeabilidad relativa a distintos iones
l Probabilidad de apertura en distintas condiciones.
Se analiza la modulación por distintos factores (potencial de
membrana, concentración de agonistas, pH, concentración de iones,
temperatura, etc).
Se analizan estados transitorios y situaciones de steady state.
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Voltage clamp
Marmont y Cole - 1949
Utiliza un feedback negativo
para mantener constante el
potencial de membrana.
La corriente que fluye a través
de la membrana es medida
mientras fluye.
Habitualmente se utilizan dos
electrodos intracelulares en la
célula, uno pasa la corriente
feedback y el otro mide el
potencial de membrana.
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Voltage clamp
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Patch clamp
Neher y Sackmann en 1981
Aplicaron a la superficie de una célula un
microelectrodo de vidrio de punta pulida,
aislando
un
pequeño
parche
de
membrana.
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Patch clamp
Fijaron el V y midieron la
corriente que fluía a través
de los canales presentes
en el parche.
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Configuraciones de patch clamp
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Registro de un canal iónico
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Patch clamp
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Canal único
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Equipamiento
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Amplificador de patch
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Canalopatías
Defectos en la función de los canales iónicos que llevan a
alteraciones fisiológicas importantes en diversos tejidos.
Se pueden producir:
* Alteraciones genéticas
* Enfermedades autoinmunes
La primera enfermedad genética asociada a un canal iónico es la
Fibrosis Quística à 1989.
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Canalopatías
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Canalopatías
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Canalopatías
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