Canales Ionicos, Propiedades Bioelectricas de la membrana.

CANALES IONICOS

Los canales iónicos son proteínas integrales de la membrana que permite el paso selectivo de algunos iones, en la presencia de algún estímulo. Son principalmente importantes en células excitables, como las neuronas y los músculos. De hecho, todo el trabajo de las neuronas está relacionado a la función de los canales iónicos. Los canales iónicos catalizan directamente el flujo de iones que provoca los cambios de voltaje a través de una membrana y, simultáneamente actúan como sensores de señales fisiológicas, como cambio de voltaje o cambio en la concentración de un ligando, organizando los cambios eléctricos de la neurona. (Miller, 1992).

Función de los canales ionicos

a) Permiten el flujo de iones a su través a una velocidad muy  superior a la de cualquier otro sistema    biológico (108 iones/seg frente a 103 iones/seg que mueve un transportador o una ATPasa con función de bomba iónica). El flujo de iones que atraviesa cada canal  puede medirse como una corriente eléctrica, que puede producir  rápidos cambios en el potencial de membrana.

    b) Son capaces de discriminar qué iones pasan a su través, es decir, que presentan selectividad iónica.

    

  c)  En respuesta a un estímulo, las proteínas del canal son capaces de adoptar diversos estados conformacionales.

Canales iónicos dependientes de voltaje

Canales iónicos activados por voltaje son una clase de canales iónicos transmembrana que son activados por cambios en la diferencia de potencial eléctrico cerca de la canal; estos tipos de canales iónicos son especialmente crítico en las neuronas, pero son comunes en muchos tipos de células.

Ellos tienen un papel crucial en los tejidos neuronales y musculares excitables, lo que permite una despolarización rápida y coordinada en respuesta a la activación de cambio de voltaje. Se han encontrado a lo largo del axón y en la sinapsis, los canales iónicos dependientes de voltaje direccionalmente propagan señales eléctricas.

Estructura

Por lo general, se componen de varias subunidades dispuestas de tal manera que hay un poro central a través de los cuales los iones pueden viajar por sus gradientes electroquímicos. Los canales tienden a ser iónico específico, aunque los iones de tamaño similar y cargada a veces pueden viajar a través de ellos.

Algunos ejemplos son:

 los canales de sodio y de potasio dependientes de voltaje de nervios y músculos. los canales de calcio dependientes de voltaje que juegan un papel en la liberación de neurotransmisores en las terminaciones nerviosas presinápticas.

Canales regulados por ligandos (quimico)

Los canales iónicos abren en respuesta a la unión de determinados neurotransmisores u otras moléculas. Este mecanismo de abertura es debido a la interacción de una substancia química (neurotransmisor u hormonas) con una parte del canal llamado receptor, que crea un cambio en la energía libre y cambia la conformación de la proteína abriendo el canal. Los ligandos regulan la apertura de canales de los receptores.Estos canales son llamados ligando dependientes y son importantes en la transmisión sináptica. Los canales ligando dependientes tienen dos mecanismos de abertura:

ñ por unión del neurotransmisor al receptor asociado al canal (receptores ionotrópicos, receptores activados directamente);

ñ por unión del neurotransmisor al receptor que no está asociado al canal. Esto provoca una cascada de eventos enzimáticos, una vez que la activación de proteínas G promueve la abertura del canal debido a la actuación de enzimas fosforiladoras.

En el caso de los canales activados por ligando, el sensor es una región de la proteína canal que se encuentra expuesta ya sea al exterior o al interior de la membrana, que une con gran afinidad una molécula específica que lleva a la apertura o cierre al canal.

Canales mecanosensibles (mecanica)

Canales iónicos regulados por un impulso mecánico que abren en respuesta a una acción mecánica. Los canales mecanosensibles, como los que se encuentran en los corpúsculos de Pacini, se abren por el estiramiento que sufre la membrana celular ante la aplicación de presión y/o tensión. El mecanismo sensor en esta última clase de canales no es claro aún, sin embargo, se ha propuesto que los ácidos grasos de la membrana actúan como los agentes sensores mediante la activación de fosfolipasas unidas la membrana1 o bien se ha propuesto que participa el citoesqueleto que se encuentra inmediatamente por debajo del canal.

Rol biológico de los canales ionicos

Los canales iónicos son especialmente importantes en la transmisión del impulso eléctrico en el sistema nervioso. De hecho, la mayor parte de las toxinas que algunos organismos han desarrollado para paralizar el sistema nervioso de depredadores o presas (como por ejemplo el veneno producido por escorpiones, arañas, serpientes y otros) funcionan obstruyendo los canales iónicos. La alta afinidad y especificidad de estas toxinas ha permitido su uso como ligandos para la purificación de las proteínas que constituyen los canales iónicos. Muchos agentes terapéuticos median sus efectos por la interacción con estas proteínas, como por ejemplo alguno agentes ansiolítico, antihipertensivo, antiarrítmico, etc.

Los canales iónicos se presentan en una gran variedad de procesos biológicos que requieren cambios rápidos en las células, como en el corazón, esqueleto, contracción del músculo, transporte de iones y nutrientes a través de epitelios, activación de linfocitos T o liberación de insulina por las células beta del páncreas. Los canales iónicos son un objetivo clave en la búsqueda de nuevos fármacos.

PROPIEDADES BIOELECTRICAS DE LA MEMBRANA

La membrana plasmática representa una barrera física entre el interior celular y su medio circundante. Diversos mecanismos permiten la transferencia decargas eléctricas,principalmente iones,a través de la membrana,haciendo posible no sólo la comunicación entre ambos espacios,sino la generación de determinadas señales biológicas.Los fenómenos eléctricos celulares pueden considerarse equivalentes a los observados en circuitos eléctricos,ya que responden a las mismas leyes físicas;Todas las células poseen una diferencia de potencial entre el interior y el exterior celular que se denomina potencial de membrana y que se debe a la existencia de gradientes de concentración iónica a ambos lados de la membrana y a diferencias en la permeabilidad relativa dela membrana celular a las distintas especies iónicas presentes. Además,las células eléctricamente excitables (células musculares,células secretoras y neuronas) ejercen sus funciones generando señales eléctricas en términos de cambios del potencial de membrana. Estas señales eléctricas pueden ser:señales breves y de gran amplitud (potenciales de acción),cuya función es transmitir la información rápidamente y a grandes distancias; respuestas máslentas y de menor voltaje que controlan la excitabilidad y,por lo tanto,tienenuna importante función integradora; y señales de bajo voltaje (potencialessinápticos),resultantes de la acción sináptica. Estas modificaciones del potencial de membrana resultan de cambios conformacionales de proteínas estructurales de la membrana plasmática,llamados canales iónicos,que provocan variaciones de la permeabilidad selectiva de la membrana a los iones. Las señales eléctricas en la célula se pueden propagar de forma pasiva como resutado de las propiedades eléctricas de la membrana. Este tipo de actividad eléctrica (que se denomina pasiva,por contraposición a las respuestas activas que entrañan cambios de la permeabilidad de membrana) es de extremada importancia funcional por cuanto determina la extensión espacial y el curso tempo-ral de las señales subumbrales

    Entonces la membrana plasmatica tiene propiedades biolectricas que la hacen comparable a un chip de computadora, de hecho la célula es una unidad biológica de procesamiento de datos.

-        Capacidad electrica:También llamada capacitancia, es la propiedad que tienen los cuerpos para mantener una carga eléctrica y es medida en faradios . El dispositivo más común que almacena energía de esta forma es el condensador. La capacidad eléctrica es siempre una cantidad positiva, dependiendo además de la geometría del condensador considerado, que puede ser de placas paralelas (como la membrana celular), cilíndrico o esférico. Otro factor del que depende es del dieléctrico que se introduzca entre las dos superficies del condensador. 

-        Conductividad: depende de la estructura atómica y molecular del material.La conductividad eléctrica es una medida de la capacidad de un material para dejar circular libremente las cargas eléctricas. La conductividad depende de la estructura atómica y molecular del material, los metales son buenos conductores porque tienen una estructura con muchos electrones con vínculos débiles y esto permite su movimiento. La conductividad también depende de otros factores físicos del propio material y de la temperatura y tiene una relación directa con el campo eléctrico.

-        Campo electrico: La presencia de una carga eléctrica en una región del espacio modifica las características de dicho espacio dando lugar a un campo eléctrico. Es decir, podemos considerar un campo eléctrico como una región del espacio cuyas propiedades han sido modificadas por la presencia de una carga eléctrica, de tal modo que al introducir en dicho campo eléctrico una nueva carga eléctrica, ésta experimentará una fuerza

-        Liotrópico significa que están formados por agregados de moléculas anfipáticas (moléculas que poseen en su misma estructura, regiones hidrofóbicas e hidrofílicas), como los fosfolípidos de la membrana. El prefijo nano es utilizado para denotar la milmillonésima (billonésima) parte o el multiplicar por un factor de 10-9. Su símbolo es n. Por ej: nanotecnología, nanosegundo, nanómetro, etc.