Canali ionici

I canali ionici sono proteine ​​transmembrana che consentono il passaggio di ioni attraverso le membrane, come quella plasmatica o le membrane di vari organelli come il nucleo, il reticolo endoplasmatico, l’apparato del Golgi o i mitocondri.

I canali ionici consentono agli ioni di diffondersi secondo il loro gradiente elettrochimico, a seconda della loro carica e a potenziali di membrana fisiologici, dal compartimento più concentrato a quello meno concentrato.

Alcuni canali ionici sono principalmente selettivi per un singolo tipo di ioni, dando il nome di canali del sodio, del calcio, del cloruro o del potassio.

Canali ionici e potenziale d’azione

La moderna ricerca sui canali ionici è stata fondata dai fisiologi Alan Lloyd Hodgkin e Andrew Huxley, Premi Nobel per la Fisiologia nel 1963, che dal 1939 al 1952 pubblicarono una serie di articoli in cui si descriveva come il flusso di ioni attraverso le membrane sia responsabile della generazione del potenziale che prevede un rapido cambiamento di carica tra l’interno e l’esterno della loro membrana cellulare.

Dai loro esperimenti, Hodgkin e Huxley sono stati in grado di dimostrare che esistono differenze nelle concentrazioni di ioni tra l’interno e l’esterno delle cellule, che le proprietà del potenziale d’azione dipendono da queste concentrazioni ioniche e che i cambiamenti transitori nella permeabilità della membrana cellulare a questi ioni spiegano la propagazione del potenziale d’azione.

Fondamentale per la loro teoria era la costruzione di un modello matematico che proponeva l’esistenza di diverse conduttanze attraverso la membrana che avevano proprietà specifiche, tra cui la selettività per uno ione rispetto a un altro e cinetiche diverse.

Queste conduttanze che sono state chiamate canali ionici, all’epoca erano interpretate in termini matematici in una serie di equazioni utilizzate per descrivere i dati sperimentali.

Classificazione

I canali ionici possono essere classificati a seconda della loro:
localizzazione cellulare
meccanismo di controllo
selettività ionica

A seconda della loro localizzazione cellulare sono classificati come canali ionici:
della membrana plasmatica
intracellulari
del reticolo endoplasmatico
mitocondriali
lisosomiali
endosomiali
nucleari

A seconda del loro meccanismo di controllo sono classificati come canali ionici:

voltaggio-dipendenti. Classe di proteine ​​transmembrana che formano canali ionici e cambiano permeabilità in risposta a un cambiamento nel voltaggio della membrana. Essi svolgono un ruolo fondamentale nella funzione neuronale, aiutando nella generazione e propagazione di segnali elettrici, grazie alla loro dinamica conformazionale e specificità ionica.

Possono essere trovati in tre configurazioni:
stato aperto/attivato (porta di attivazione aperta; porta di inattivazione aperta)
stato disattivato/di riposo (porta di attivazione chiusa; porta di inattivazione aperta)
stato disattivato/inattivato in modo permanente (porta di attivazione aperta; porta di inattivazione chiusa)

ligando-dipendenti noti anche come agonisti-dipendenti, sono un gruppo di canali ionici che si aprono o si chiudono in risposta al legame di un messaggero chimico (ligando), al contrario dei canali ionici voltaggio-dipendenti controllati da nucleotidi ciclici (CNG) che sono canali ionici dipendenti da cGMP e cAMP che hanno un ruolo fondamentale in alcuni tipi di trasduzione sensoriale e nello sviluppo cellulare e svolgono un ruolo centrale nei percorsi di trasduzione del segnale della vista e dell’olfatto

lipidici la cui conduttanza di ioni attraverso la membrana dipende direttamente dai lipidi

dipendenti dalla temperatura la cui attività funzionale è altamente sensibile a grandi variazioni di temperatura

meccanosensibili costituiti da proteine ​​di membrana in grado di rispondere allo stress meccanico su un’ampia gamma dinamica di stimoli meccanici esterni

A seconda della loro selettività ionica sono classificati come canali:
del sodio
del potassio
del cloruro
del calcio

protonici costituiti da sono proteine ​​di membrana che mediano il rapido movimento dei protoni attraverso le membrane cellulari escludendo tutti gli altri ioni

non selettivi che consentono agli ioni, principalmente Na⁺, K⁺, Ca²⁺ e Cl ⁻ di fluire rapidamente come determinato dalla loro forza motrice elettrochimica in una direzione termodinamicamente discendente.