Structure des canaux ioniques, fonctions, types

Les canaux ioniques Ce sont des structures membranales creuses qui forment des canaux ou des pores qui traversent l'épaisseur de la membrane et communiquent l'extérieur de la cellule avec son cytosol et vice versa; Certains peuvent avoir un système de porte qui régule son ouverture.

Ces canaux sont pleins d'eau et contrôlent le passage d'ions spécifiques d'un côté à l'autre de la membrane. Ils sont formés par des protéines typiques des membranes cellulaires qui forment des structures en forme de tube cylindrique qui les traversent.

Conformation ouverte et fermée d'un canal ionique (Source: Efazzari [CC BY-SA 4.0 (https: // CreativeCommons.Org / licences / by-sa / 4.0)] via Wikimedia Commons)

Les mécanismes de transport à travers ces membranes peuvent être largement classés dans le transport passif ou actif. Les responsabilités sont celles qui permettent le passage de substances en faveur de leurs gradients de concentration, en attendant les actifs nécessitent une consommation d'énergie, car ils déplacent les substances contre leurs gradients de concentration.

Les canaux ioniques constituent un mécanisme de transport passif qui peut être classé en fonction de leur spécificité, c'est-à-dire selon le type d'ion qu'ils ont laissé passer, ou selon la façon dont ils s'ouvrent ou ferment ou ferment ou ferment.

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La fonction principale de ces systèmes de transport membranaux est de permettre le passage régulé de substances dans ou à l'extérieur des cellules et ainsi maintenir les concentrations intracellulaires d'ions et d'autres substances.

La présence de membranes cellulaires et de canaux ioniques fondamentalement pour le maintien des différences de concentration entre les milieux intracellulaires et extracellulaires, ce qui est pertinent de nombreux points de vue.

Les canaux ioniques, en particulier les ligands dépendants, sont très importants en pharmacologie et en médecine, car de nombreux médicaments peuvent imiter les fonctions des ligands naturels et rejoindre le canal, l'ouvrir ou la clôture, car le cas peut être le cas.

D'autres médicaments sont capables de bloquer le site de l'Union et d'empêcher ainsi l'action du ligand naturel.

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Structure

La structure des canaux ioniques est formée par des protéines transmembranaires spécifiques qui ont une forme tubulaire et laissent un pore ou un trou qui permet la communication entre l'intérieur et l'extérieur de la cellule ou entre les compartiments intracellulaires (organites).

Chaque canal ionique implique une protéine structurelle spécifique de la membrane et plus de 100 gènes qui codent pour des canaux ioniques spécifiques ont été décrits.

Pour le canal sodique, par exemple, 10 gènes appelés SCN qui codent différentes protéines distribuées dans différents tissus avec des fonctions et des structures particulières.

De même, une quantité considérable de gènes qui codifient différentes protéines qui composent des canaux potassiques qui appartiennent à différentes familles et ont des mécanismes différents d'activation, d'ouverture et d'inactivation.

Structure protéique d'un canal ionique

En règle générale, un canal ionique fonctionnel associé à une membrane est composé de l'assemblage de 4 à 6 sous-unités polypeptidiques similaires (homo oligomères) ou différents (hétéro oligomères) qui forment un pore central entre eux.

Schéma des sous-unités membranales d'un canal ionique (Source: Efazzari [CC BY-SA 4.0 (https: // CreativeCommons.Org / licences / by-sa / 4.0)] via Wikimedia Commons)

Chaque sous-unité varie en fonction des caractéristiques et des propriétés du canal, car beaucoup sont spécifiques à certains ions et ont des mécanismes d'ouverture et de clôture divers.

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Certains canaux sont constitués d'une seule chaîne polypeptidique organisée en motifs répétés qui traversent l'épaisseur de la membrane et fonctionnent comme l'équivalent d'une sous-unité protéique plusieurs fois.

En plus de ces sous-unités, qui sont connues dans la littérature sous le nom de sous-unités α, certains canaux ioniques ont également une ou plusieurs sous-unités auxiliaires (ß ou γ) qui en régulent leur ouverture et leur fermeture.

La spécificité de chaque canal est liée au diamètre du pore formé par les protéines transmembranales et les chaînes latérales (─R) des acides aminés qui les invent.

De cette façon, il existe des canaux qui ne manquent que du sodium, du potassium, des ions calcium, etc., car les chaînes latérales fonctionnent comme "tamis".

Caractéristiques structurelles supplémentaires

Une autre caractéristique importante de nombreux canaux est les portes. Les canaux avec ces propriétés peuvent être ouverts ou fermés devant les changements locaux qui se produisent dans le micro-en-en-en-en-carter membranal qui entoure le canal.

Selon le type de canal, ces changements peuvent être mécaniques, thermiques (changements de température), électriques (changements de tension) ou chimiques (liant un ligand).

Cependant, dans les canaux ioniques passifs si appelés, qui sont ceux qui restent ouverts et permettent l'étape spécifique des ions déterminés, ces structures n'ont pas de portes ou sont sensibles aux ligands ou à d'autres types de stimuli.

Dans d'autres canaux ioniques, qui sont sensibles à la présence ou à la connexion des ligands, il existe un site de liaison pour le ligand soit du côté extracellulaire, soit au cytosol cellulaire et dans ces cas, les pores ou les canaux ont une porte qui peut être ouverte ou fermée Selon le statut de son ligand.

Mécanisme des seconds Messagers pour l'ouverture ou la fermeture des canaux

En cas d'avoir une place pour le ligand dans la partie intracellulaire, ces canaux ont généralement des seconds messagers tels que des ligands. Un exemple de canaux ioniques qui s'ouvrent ou les mécanismes des seconds messagers est celui des récepteurs olfactifs:

Les molécules odorifères se lient à leurs récepteurs du côté extracellulaire. Ces récepteurs, à leur tour, sont attachés à une protéine G qui est activée qui, à son tour, active la protéine d'adénylciclase qui forme AMPC, qui est un deuxième messager.

L'AMPC rejoint un site de jonction intracellulaire des canaux calciques, ce qui entraîne son ouverture et son entrée en calcium dans la cellule.

Comme s'il s'agissait d'un effet domino, le calcium rejoint un site pour lier un autre canal de chlore, qui génère sa ouverture et sa sortie de cet ion, provoquant une dépolarisation de la cellule olfactive.

Il est important de noter que les changements générés par les ligands ou les stimuli qui affectent les canaux ioniques correspondent aux changements conformationnels des protéines qui constituent la structure du canal.

En d'autres termes, les changements de conformation qui peuvent déplacer une porte et fermer ou ouvrir un canal ne sont rien de plus que l'approche ou la distanciation des sous-unités protéiques qui le composent.

Autres mécanismes d'activation et d'inactivation

Certains canaux, en particulier les canaux dépendants de la tension, peuvent entrer dans un état réfractaire au cours duquel le même changement de tension qui les a activés ne les active plus.

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Par exemple, dans les canaux calciques dépendants de la tension, le changement de tension ouvre le canal et le calcium entre et, une fois à l'intérieur de la cellule, le même ion rejoint un site de jonction de canal conjoint et il ferme.

Une autre forme d'inactivation réversible du canal calcique qui explique son réfractaire après l'activation est la parasphorylation du canal en raison de l'augmentation de la concentration en calcium interne.

C'est-à-dire qu'un canal calcique peut être irréversiblement inactivé en raison de la présence de concentrations pathologiquement élevées de l'ion, qui médient le recrutement d'enzymes de dépliage d'autres protéines activées par le calcium.

Les canaux régulés par Ligando peuvent entrer dans un état réfractaire lorsqu'ils sont prolongés prolongés à leur ligand, recevant ce mécanisme le nom de la désensibilisation.

Les médicaments, les poisons et les toxines peuvent influencer la régulation des canaux ioniques, les fermer ou les garder ouverts ou, dans certains cas, occuper le site du ligand et interférer ainsi avec leur fonction.

Les fonctions

Les canaux ioniques ont une multiplicité de fonctions, directes ou indirectes.

- Ils sont responsables de la régulation du flux d'ions à travers le plasma et les membranes organélaires de toutes les cellules.

- Permettre l'existence d'un contrôle sur les concentrations intracellulaires des différents ions.

- Dans les neurones et dans les cellules musculaires, les canaux ioniques contrôlent les variations du potentiel de la membran.

- Les canaux calciques qui génèrent des flux de calcium nets vers l'espace intracellulaire sont responsables de l'activation de nombreuses enzymes et protéines qui participent à de nombreux processus métaboliques.

- De même, l'augmentation du calcium due à une augmentation du transport initie le mécanisme de libération des neurotransmetteurs à l'espace synaptique des neurones.

- Par conséquent, la fonction des canaux ioniques est également liée aux mécanismes de communication cellulaire.

Général de transport à travers la membrane

Comme indiqué ci-dessus, les mécanismes de transport membranaux peuvent être actifs ou des responsabilités en fonction ou non de l'énergie de la cellule où ils sont trouvés. Les mécanismes passifs sont classés comme une diffusion simple et une diffusion facilitée.

Diffusion simple

La diffusion simple permet de passer à travers la structure phospholipide des molécules solubles de petite taille de taille, avec des caractéristiques sans charge et sans charge.

Ainsi, par exemple, les gaz tels que l'oxygène (O2) et le dioxyde de carbone (CO2), l'éthanol et l'urée, pour n'en nommer que quelques-uns, passez en faveur de leur gradient de concentration.

Diffusion facilitée

La diffusion disséminée est celle qui est facilitée par les protéines et ce mécanisme de transport passif Il existe deux types: canaux ioniques et protéines de transport ou protéines de transport.

Les canaux ioniques sont le mécanisme le plus utilisé par les cellules de transport ionique qui ne peuvent pas passer par une simple diffusion, ni parce qu'elles ont la charge électrique et les phospholipides membranaires les repoussent, en raison de leur taille et de leur polarité ou de toute autre caractéristique.

La diffusion fournie par les protéines de transport est utilisée pour le transport de plus grandes substances avec ou sans charge, comme le glucose et d'autres sucres.

Peut vous servir: interface

Le transport membranal actif est celui qui se produit contre le gradient de concentration du soluté transporté et nécessite la consommation d'énergie en forme d'ATP. Parmi les transporteurs de ce type figurent des pompes et un transport vésiculaire.

À titre d'exemple des pompes, le sodium / potassium, qui prend trois sodios et introduit deux potassiums. Il y a aussi des pompes calciques.

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À titre d'exemple de transport vésiculaire est l'endocytose, l'exocytose, la pinocytose et la phagocytose; Tous ces mécanismes de transport actifs.

Types de canaux ioniques

À partir de ce moment, une référence sera faite aux canaux ioniques qui permettent le passage des ions à travers une membrane en faveur de ses gradients de concentration, c'est-à-dire ce sont des canaux de transport passifs.

Généralement, chacun de ces canaux est spécifique à un seul ion, avec la réserve de quelques canaux qui permettent le transport de paires ioniques.

Schéma structurel d'un canal ionique (source: dépôt (Paweł tokarz) à PL.Wikipedia [domaine public] via Wikimedia Commons)

Une façon de classer les canaux ioniques est de les regrouper selon le mécanisme responsable de son ouverture. Ainsi, les canaux passifs, canaux régulés par la tension (dépendante de la tension), les canaux régulés par le ligando et les canaux régulés par des stimuli mécaniques ont été décrits.

- Canaux passifs: Ce sont des canaux qui sont ouverts en permanence et ne répondent à aucun type de stimulus; Ceux-ci sont spécifiques à certains ions.

- Canaux dépendants de la tension: Ceux-ci peuvent être ouverts ou fermés (selon le canal) face aux changements dans la tension de la membrane. Ils sont très importants pour la signalisation cellulaire, en particulier dans le système nerveux central des mammifères.

- Canaux dépendants de la lumière: Également appelé canaux avec une portière de liaison ou régulés par lien, sont largement répartis dans les différentes cellules du corps de l'homme, mais dans le système nerveux, ils constituent ces canaux ioniques activés par des neurotransmetteurs et sont essentiels pour la transmission synaptique et la signalisation intercellulaire.

Exemple de canaux ioniques dépendants du ligand activés par les neurotransmetteurs sont les canaux de sodium / potassium activés par le glutamate.

L'activation des récepteurs cholinergiques, dans ce cas l'union de l'acétylcholine à la membrane postsynaptique (ligand canal), ouvre les canaux sodiques dépendants du ligand et permet l'entrée de cet ion après son gradient de concentration.

- Canaux régulés par des stimuli mécaniques: Ce sont des canaux qui peuvent être activés par distension ou pression. Ces forces mécaniques sont transmises au canal à travers le cytosquelette et le canal s'ouvre.

Les références

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