Canais Ionicos Controlados Por Portões

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Canais Ionicos Controlados Por Portões
17/05/2017
Canais iônicos são a base da sinalização elétrica nas células excitáveis
Certas células dos organismos multicelulares são “excitáveis”: elas podem detec-
tar um sinal externo, converte-lo em um sinal elétrico (especificamente, uma alteração
do potencial de membrana) e passa-lo adiante. As células excitáveis desempenham
papeis essenciais na condução nervosa, na contração muscular, na secreção hormonal.
Nos processos sensoriais, no aprendizado e na memória. A excitabilidade de células
sensoriais, de neurônios e de miocitos depende de canais iônicos, transdutores de sinal
que fornecem uma rota regulada para o movimento de íons inorgânicos, como Na+, K+,
Ca2+ e Cl−, através da membrana plasmática em resposta a vários estímulos. A Na+
K+-ATPase é eletrogênica; ela cria um desequilíbrio de cargas através da membrana
plasmática por transportar 3 Na+ para fora da célula para da 2 K+ transportados para
dentro, tornando o interior negativo em relação ao exterior. A membrana, assim, é dita
polarizada.
Em um neurônio ou miocito típico, as concentrações de Na+, K+, Ca2+ e Cl− no
citosol são muito diferentes daquelas do fluido extracelular em repouso de aproxima-
damente -60 mv a abertura de um de Na+ ou Ca2+ resultara em um fluxo espontâneo
de sódio ou cálcio para dentro da célula (e em despolarização), enquanto a abertura
de um canal de potássio resultara em um fluxo espontâneo de potássio para fora da
célula, que cria uma força química mais potente e impele o íon para fora.
O número de íons que deve fluir para produzir uma variação fisiologicamente
significativa no potencial de membrana é ínfimo em relação à concentração de sódio
potássio e cloro nas células e no fluido extracelular, de modo que os fluxos iônicos
que ocorrem durante a sinalização em celular excitáveis essencialmente não tem efeito
algum sobre as concentrações desse íon.
Os canais iônicos controlados por voltagem produzem os potenciais de
ação neuronais
A sinalização no sistema nervoso é efetuada por redes de neurônios, células
especializadas que transferem um impulso elétrico (potencial de ação) a partir de
uma extremidade da célula (o corpo celular) ao longo de uma extensão citoplasmá-
tica alongada (o axônio). O sinal elétrico desencadeia a liberação de moléculas de
neurotransmissores na sinapse, transferindo o sinal para a próxima célula do circuito.
Três tipos de canais iônicos controlados por voltagem são essenciais a esse meca-
nismo de sinalização. Canais de Na+ controlados por voltagem, que permanecem
fechados quando a membrana está em repouso (Vm = -60 mv), mas se abrem breve-
mente em resposta a acetilcolina, ou outro neurotransmissor. Também distribuídos ao
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longo do axônio estão canais de K+ controlados por voltagem, os quais se abrem,
uma fração de segundo mais tarde, em resposta à despolarização quando os canais
de Na+ próximos se abrem. Na extremidade distal do axônio estão canais de Ca2+
controlados por voltagem, que se abrem quando chega a onda de despolarização e
repolariaçao, causada pelas atividades dos canais de sódio e potássio, desencadeando
a liberação do neurotransmissor acetilcolina – que transmite o sinal para outro neurônio.
Os canais de Na+ controlados por voltagem são altamente seletivos para o Na+
em comparação a outros cátions e apresentam uma velocidade maior que 107 íons/s.
depois de aberto – ativado – por uma redução no potencial elétrico transmembrana,
um canal de sódio passa por uma inativação extremamente rápida – dentro de milisse-
gundos, o canal fecha e permanece inativo por muitos milissegundos. Como os canais
de potássio controlados por voltagem se abrem em resposta à despolarização induzida
pela abertura dos canais de sódio, a entrada de potássio depolariza localmente a
membrana, restabelecendo o potencial de membrana com o interior negativo. Um curto
pulso de despolarização localizada desencadeia a abertura dos canais de sódio, e
posteriormente dos canais de potássio vizinhos.
Quando a onda de despolarização atinge os canais de Ca2+ controlados por
voltagem, eles se abrem, e o cálcio entra a partir do espaço extracelular. O aumento
na concentração de cálcio citoplasmática, então, provoca a liberação de acetilcolina
para dentro da fenda sináptica por exocitose. A acetilcolina se difunde até a célula pós-
sináptica, onde se liga aos seus receptores e inicia a despolarização. Dessa maneira, a
mensagem é transmitida à próxima célula do circuito. Os canais iônicos controlados
transmitem os sinais elétricos de duas maneiras. Pela variação da concentração ci-
toplasmática de um íon como o cálcio, que entra e atua como segundo mensageiro
intracelular, ou pela variação de Vm que altera outras proteínas da membrana sensíveis
ao Vm.
O receptor de acetilcolina é um canal iônico controlado por ligante
O receptor nicotínico de acetilcolina controla a passagem do sinal de um
neurônio eletricamente excitado em alguns tipos de sinapses e em junções neuromus-
culares (entre um neurônio motor e uma fibra muscular), desencadeia a contração
muscular. A acetilcolina liberada pelo neurônio pré-sináptico ou pelo neurônio motor se
difunde por alguns micrometros até a membrana plasmática do neurônio pós-sináptico
ou do miocito, onde se liga ao receptor de acetilcolina. Isso força uma mudança confor-
macional no receptor, causando a abertura de seu canal iônico. O movimento resultante
de cátions para dentro da célula despolariza a membrana plasmática. Em uma fibra
muscular, isso inicia a contração. O receptor de acetilcolina permite a pronta passagem
de íons Na+, Ca2+ e K+, porem outros cátions e todos os aníons são incapazes de
passar. O movimento de sódio pelo canal iônico do receptor de acetilcolina é insaturável.
O sinal de acetilcolina é transitório – comprovadamente uma propriedade essencial
para a condução dos sinais elétricos.
O receptor nicotínico de acetilcolina tem cinco subunidades (α2βγδ), cada uma
das quais com quatro segmentos helicoidais transmembrana (M1 a M4)., a ligação da
acetilcolina aos sítios em cada subunidade alfa força todas as hélices M2 a girarem
levemente, movendo os volumosos resíduos de Leu para o lado e substituindo-os por
resíduos menores e polares. O alargamento do poro permite a passagem de íons sódio
e cálcio.
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Neurônios tem canais receptores que respondem a diferentes neurotrans-
missores
As células animais, especialmente aquelas do sistema nervoso, contém uma
grande variedade de canais iônicos controlados por ligante, voltagem ou ambos. Os
receptores que são eles mesmos canais iônicos são classificados como inotrópicos,
para distingui-los dos receptores que firmam um segundo mensageiro (receptores
metabotropicos). Até agora, o foco tem sido a acetilcolina com neurotransmissor, mas
existem muitos outros. A serotonina e o glutamato desencadeiam a abertura de canais
de cátions (K+, Na+, Ca2+), enquanto a glicina abre canais específicos para Cl−. Canais
de cátions e aníons distinguem-se por diferenças sutis nos resíduos de aminoácidos
que revestem o canal hidrofílico.
Dependendo dos íons que passa pelo canal, a interação com o ligante da-
quele canal resulta na despolarização ou hiperpolarização da célula-alvo. A célula
responde com um potencial de ação apenas se esse sinal integrado somar-se até uma
despolarização suficientemente grande.
As toxinas são direcionadas a canais iônicos
Muitas das toxinas mais potentes da natureza atuam sobre canais iônicos. Por
exemplo, a dendrotoxina (da serpente mamba negra) bloqueia a ação dos canais de
potássio controlados por voltagem, a tetrodotoxina (produzida pelo baiacu) age sobre
canais de sódio controlados por voltagem, e a conbrotoxina desativa os canais iônicos
receptores de acetilcolina.
Os canais iônicos são amplificadores excepcionais; a abertura de um único
canal pode permitir o fluxo de 10 milhões de íons por segundo. Em consequência,relativamente poucas moléculas de uma proteína de canal iônico são necessárias por
neurônios para as funções de sinalização. Isso significa que um número relativamente
pequeno de moléculas de toxina com alta afinidade por canais iônicos, agindo do
exterior celular, pode ter um efeito muito pronunciado sobre a neurossinalizaçao do
corpo inteiro.