Canales y

transportadores Erick Joel Loor Domo

Carmen Liliana Mendoza Intriago

Lesly Hugo Snchez Rogel

La generacin de seales elctricas en las neuronas

requiere que las membranas plasmticas establezcan

gradientes de concentracin de iones especficos y que

estas membranas sufran cambios rpidos y selectivos en su

permeabilidad a estos iones.

Transportadores de

membrana

Canales inicos

Las protenas de la membrana

que crean y mantiene los

gradientes inicos.

Son protenas que dan origen a

cambios selectivos en la

permeabilidad a los iones.

Desde la perspectiva de la

sealizacin elctrica, los

transportadores activos y los

canales inicos son

complementarios:

Los trasportadores crean los

gradientes de concentracin

que ayudan a impulsar flujos

inicos a travs de los canales

inicos abiertos, generando as

seales elctricas.

Se propuso la idea de que las membranas de las

clulas nerviosas contienen canales que permiten el

pasaje selectivo de los iones de un lado al otro.

Sobre la base de las conductancias y las corrientes

inicas medidas en experimentos de pinzamiento de

voltaje, los canales postulados deban tener varias

propiedades.

PROPIEDADES

Los canales inicos son protenas integrales que controlan el paso

selectivo de iones a travs de las membranas celulares y, en

consecuencia, el gradiente electroqumico. Los canales inicos

tiene sistemas de compuertas que, en funcin de los estmulos

externos, se abren o se cierran.

Los canales deban ser capaces de permitir que los iones

atravesaran las membranas con velocidades altas.

Como las corrientes inicas dependen del gradiente

electroqumico a travs de la membrana, los canales

deberan utilizar estos gradiantes.

Dado que el NA+ y el K+ fluyen a travs de la membrana en

forma independiente uno del otro, los diferentes tipos de

canales deberan ser capaces de discriminar entre NA+ y K+.

Dado que las conductancias son dependientes del voltaje,

los canales deberan ser capaces de censar el voltaje a

travs de membrana y abrirse slo cuando el voltaje alcanza

niveles apropiados.

La primera prueba directa de la presencia de canales

selectivos para iones y sensibles al voltaje en las membranas de

las clulas nerviosas provino de mediciones de las corrientes

inicas que fluyen a travs de canales inicos individuales.

Se utiliza una pipeta de vidrio con un orificio muy pequeo

para lograr un contacto estrecho con un rea pequea, o

zona, de membrana neuronal.

Despus de succionar suavidad a travs

de la pipeta, la conexin entre la

pipeta y la membrana se torna tan

fuerte que ningn ion puede filtrarse

entre ambas.

Por lo tanto, todos los iones que fluyen

cuando se abre un nico canal inico

deben ingresar a la pipeta.

La corriente elctrica resultante,

aunque pequea, puede medirse con

un amplificador electrnico ultrasensible

conectado a la pipeta.

El poder de resolucin del aparto de pinzamiento de voltaje

slo alcanzaba para medir la corriente agregada, mientras

con el Pinzamiento zonal de membrana, proporcion el

medio para evaluar directamente las hiptesis efectuadas

acerca de las caractersticas de los canales inicos.

Los estudios de canal nico muestran que la membrana del

axn del calamar contiene por menos dos tipos de canales:

uno selectivamente permeable al NA+ y otro selectivamente

permeable al K+.

Los dos tipos de canales

tienen una compuerta de

voltaje, lo que indica que su

apertura est condicionada

por el potencial de

membrana.

En ambos, la

despolarizacin aumenta la

probabilidad de apertura

del canal, mientras que la

hiperpolarizacin los cierra.

Las molculas apolares y pequeas, como el oxgeno, el

dixido de carbono y los cidos grasos, entre otros, se

difunden libremente a travs de la membrana. Por el

contrario, las molculas polares, como los carbohidratos,

los aminocidos, los iones y las protenas, necesitan utilizar

mecanismos especializados de transporte, como los

canales inicos y las protenas transportadoras.

Por los tanto, ambos tipos de canales deben tener un sensor de

voltaje que detecte el potencial a travs de la membrana.

En la actualidad se han identificado y clonado algunos genes que codifican los canales de Na+ y del K+, y muchos otros tipos de canales; Un hecho sorprendente que ha surgido a partir de estos estudios moleculares es la diversidad de genes que codifican para canales inicos. (100 genes de canales inicos.)

Los canales pueden ser expresados selectivamente en sistemas experimentales bien definidos, como en clulas cultivadas u ovocitos de ranas, y luego estudiados con pinzamiento zonal de membrana y otras tcnicas fisiolgicas.

Estos estudios han observado muchos canales con

puertas de voltaje que responden al potencial de

membrana de forma muy similar a los canales del

Na+ y del K+, que subyacen al potencial de accin.

Sin embargo otros canales estn regulados por

seales qumicas que se unen a dominios

extracelulares o intracelulares sobre estas protenas y

no son sensibles al voltaje de la membrana.

Para aumentar esta diversidad de los canales inicos

hay algunos mecanismos que pueden producir tipos

funcionalmente diferentes de canales inicos a partir

de un solo gen .

Las protenas de los canales tambin pueden sufrir

modificaciones postraduccionales, como la

fosforilacin por proteincinasas lo que puede

modificar mas sus caractersticas funcionales; por lo

tanto aunque las seales elctricas bsicas del

sistema nervioso son relativamente estereotipadas

las protenas responsables de generar estas seales

son notablemente diversas y confieren propiedades

de sealizacin especializada a muchos de los tipos

de las clulas neuronales que pueblan el sistema

nervioso. Estos canales tambin participan en una

amplia gama de enfermedades neurolgicas.

Todos estos genes de los canales del Na+(llamados genes del SNC) producen protenas que difieren en su estructura, funcin y distribucin en tejidos especficos. Por ejemplo adems de los canales del Na+ de inactivacin rpida descubiertos por Hodgkin y Huxley en el axn del calamar, se ha identificado un canal del Na+ sensible al voltaje que no se inactiva en axones de mamferos; Como podra esperarse, este canal da origen a potenciales de accin de larga duracin y es un punto diana de los anestsicos locales como la benzocana y la lidocana.

En otras neuronas los canales del Ca2+ controlan la forma de los potenciales de accin generados fundamentalmente por cambios en la conducta al Na+; Tal vez el proceso mas importante regulado por los canales del Ca2+ sensibles al voltaje sea la liberacin de neurotransmisores en la sinapsis.

En consecuencia los frmacos que bloquean los canales de Ca2+ con puerta de voltaje son especialmente tiles en el tratamiento de distintos trastornos que varan desde la cardiopata hasta los trastornos de la ansiedad.

Pero por lejos, la clase mas grande y diversa de canales inicos con puerta

de voltaje son los canales del K+; Se conocen actualmente casi 100 genes

de los canales del K+, y pertenecen a varios grupos distintos que difieren

principalmente en sus propiedades de activacin, apertura e inactivacin;

Tal vez la funcin mas importante de los canales del K+ es el rol que

desempean en la generacin del potencial de membrana de reposo.

Muchos tipos de canales inicos responden a seales qumicas (ligando) mas que a cambios en el potencial de membrana. El mas importante de estos canales inicos con puerta de ligando en el sistema nervioso es la clase activada por la fijacin de neurotransmisores; Estos canales son esenciales para la transmisin sinptica y otras formas de fenmenos de sealamiento.

Otros canales con puerta de ligando son sensibles a las seales qumicas que se originan en el citoplasma de las neuronas y pueden ser selectivos para iones especficos como K+ o CI o permeables a todos los canales fisiolgicos.

La principal funcin de estos canales es convertir las seales qumicas intracelulares en informacin elctrica. Este proceso es particularmente importante en la transduccin sensitiva en donde los canales regulados por nucletidos cclicos convierten los olores y la luz, por ejemplo, en seales elctricas. Aunque muchos de estos canales inicos con puerta de ligando se localizan en la membrana de la superficie celular, otros estn en membranas de las organelas intracelulares como mitocondria o el retculo endoplasmatico.

Otros canales inicos responden al calor o a la

deformacin de la membrana. Los canales inicos

activados por el calor, como algunos miembros de la

familia de genes potenciales de receptores

transitorios, contribuyen a las sensaciones del dolor y

temperatura y ayudan a mediar la inflamacin. Una

forma especializada de estos canales hace posible la

audicin al permitir que las clulas ciliadas auditivas

respondan a las ondas sonoras.

Enfermedades causadas por alteracin de los canales

inicos (Canolopatas)

Miotona: Rigidez muscular debida a

una excitabilidad elctrica excesiva.

Parlisis: Debida a excitabilidad

muscular insuficiente

Enfermedades que

afectan las clulas

del msculo

esqueltico.

Canales inicos localizados en el Encfalo

- Ataxia Episdica - Degeneracin espinocerebelosa

- Ceguera nocturna

- Cefaleas migraosas (MHF)

- Epilepsia Generalizada con

convulsiones febriles

Transportadores Las tareas esenciales de generar y mantener gradientes de

concentracin inica para iones particulares las llevan a cabo

un grupo de protenas de la membrana plasmtica conocidas

como transportadores activos.

Los transportadores activos realizan esta tarea formando

complejos con los iones que est translocando.

El proceso de fijacin y liberacin de los iones para su

transporte requiere tpicamente varios milisegundos.

El transporte activo requiere un gasto de energa en forma de

ATP para transportar la molcula de un lado al otro de la

membrana, el transporte activo es el nico que puede

transportar molculas en contra de un gradiente de

concentracin.

Tipos de transportadores activos

Aunque las tareas especficas de estos

transportadores difieren, todos deben translocar

iones en contra de sus gradientes electroqumicos.

Los transportadores neuronales pueden ser

clasificados en dos clases sobre la base de sus

fuentes de energa.

BOMBAS ATPasas Intercambiadores

de iones

(Activo Primario) (Activo Secundario)

BOMBAS ATPasas

Adquieren la energa directamente por la hidrlisis de ATP

(Adenosintrifosfato), entre ellas tenemos la bomba de

Sodio/Potasio y la bomba de Calcio.

- Bomba de Na+/ K+

- Bomba de Ca+2

Mantienen los gradientes de concentracin

transmembrana de Sodio y Potasio.

Proporciona los principales mecanismos para eliminar el

Calcio de las clulas.

- Bomba de Na+/ K+

Propiedades funcionales de la

bomba de Na+ /K+ Se estima que la actividad de esta bomba

repersenta el 20-40% del consumo de energa del encfalo, lo que indica su importancia para la funcin enceflica.

Estudios radioactivos afirman: Que las condiciones que interrumpen el aporte de

ATP en el axn, cesan el eflujo de Na+.

El eflujo de Na+ se asocia con el influjo simultneo de K+ ATP dependiente.

Estudios cuantitativos indican que el influjo de K+ es slo de aproximadamente dos tercios el eflujo de Na+, por lo tanto, la bomba transporta aparentemente dos K+ hacia el interior de la clula por cada 3 Na+ extrados.

Se encarga de mantener

los niveles intracelulares de

calcio a un nivel bajo.

La bomba Ca2+-ATPasa

funciona de una forma muy

parecida a la bomba Na+K:

dos iones de Ca2+ son

transportados fuera del

citosol por cada molcula

de ATP hidrolizado.

La actividad de esta bomba

est regulada de tal forma

que si la concentracin de

Ca2+ aumenta, la velocidad

de bombeo aumenta

- Bomba de Ca+

No utiliza directamente ATP, sino que depende en cambio de los gradientes electroqumicos de otros iones como fuente de energa.

Este tipo de transportador transporta uno o ms iones en contra de su gradiente de concentracin mientras toma simultneamente otro in a favor de su gradiente.

Si bien el gradiente electroqumico del Na+ es la fuente prxima de energa para los intercambiadores de iones, estos gradientes finalmente dependen de la hidrlisis de ATP por las bombas ATPasas.

INTERCAMBIADORES DE IONES

-

Intercambiador

de Na+ /Ca2+

Mantiene baja las

concentraciones

intracelulares de

Ca2+.

Intercambia

dor de Cl-

/HCO3 Regula la

concentracin de

cloro y PH

intracelular.

Intercambiador

de Na+ / H +

Regula la el PH

intracelular y la

concentracin de H +.

Transportadores de

Na+ /

neurotransmisores

En las terminaciones

sinpticas

Gracias.