En electrofisiologia, el terme en anglès gating sol utilitzar per referir-se a l’obertura (a través de l’activació) i a el tancament (a través de la desactivació o inactivació) dels canals iònics .
el nom gating (de gate, “porta”, “comporta”) deriva de la idea que una proteïna de canal iònic inclou un porus que és protegit per una o per diverses comportes, i la ( s) comporta (s) ha (n) estar oberta (s) perquè els ions passen a través del porus. Diversos canvis cel·lulars poden disparar l’activació de la (es) comporta (s), en funció de l’tipus de canal iònic de què es tracti, entre d’altres: canvis en el voltatge a la membrana cel·lular (canals iònics activats per voltatge), substàncies químiques (fàrmacs, substàncies addictives, hormones) que interactuen amb el canal iònic (canals iònics activats per lligands), canvis en la temperatura, un estrenyiment o una deformació de la membrana cel·lular, addició d’un grup fosfat a canal iònic (fosforilació) i interacció amb altres molècules de la cèl·lula (per exemple, proteïnes G). La velocitat a la qual ocorre qualsevol d’aquests processos d’activació / inactivació en resposta a aquests estímuls es coneix amb el nom de cinètica de l’activació. Alguns fàrmacs i moltes toxines actuen com “modificadors de l’activació” dels canals iònics modificant la cinètica de les comportes.
Alguns canals s’obren o tanquen aleatòriament sense importar el valor de l’potencial membranal i es diu que el seu gating és independent de voltatge. En contrast, altres canals estan normalment tancats, però la seva probabilitat d’obertura pot incrementar-se de manera substancial per canvis ocorreguts en el potencial de membrana (canals iònics sensibles a voltatge); per interaccions específiques amb lligands extracel·lulars o intracel·lulars (canals activats per lligands); o per estímuls físics (mecanoreceptors i canals sensibles a la calor).
Quan els canals iònics estan tancats (sense possibilitat de conducció), són impermeables als ions i no condueixen el corrent elèctric. Quan els canals iònics estan oberts, si condueixen el corrent elèctric, i permeten llavors que alguns ions passin a través d’ells i, per tant, a través de la membrana plasmàtica de la cèl·lula. Aquests fluxos d’ions generen un corrent elèctric a través de la membrana. La direcció en què es mouen, tal com es va esmentar anteriorment, està determinada pel gradient electroquímic que representa la suma de el gradient químic a través de la membrana plasmàtica i el camp elèctric que experimenta el ió. L’activació és el procés en el qual un canal iònic es transforma i passa de qualsevol dels seus estats de conducció a qualsevol dels seus estats de no conducció.
En la descripció habitual dels canals iònics activats per voltatge de l’potencial d’acció, es parla de quatre processos: activació, desactivació, inactivació i reactivació (també anomenada recuperació de la inactivació). En un model de canal iònic amb dues comportes (una comporta d’activació i una comporta d’inactivació) en el qual les dues han d’estar obertes perquè els ions siguin conduïts a través del canal, activació és el procés d’obertura de la comporta d’activació, que ocorre en resposta a el fet que el voltatge dins de la membrana cel·lular (el potencial de membrana) es torna més positiu pel que fa a l’exterior de la cèl·lula (despolarització); desactivació és el procés oposat, és a dir, el tancament de la comporta en resposta a el fet que el voltatge de l’interior de la membrana es torna més negatiu (repolarització. Inactivació és el tancament de la comporta d’inactivació, a l’igual que amb l’activació , la inactivació ocorre en resposta a el fet que el voltatge dins de la membrana es torna més positiu, però sovint passa que es retarda, en comparació amb l’activació. la recuperació de la inactivació és l’oposat a la inactivació. Així, tant la inactivació com la desactivació són processos que fan que el canal perdi la capacitat de conducció, però són processos diferents en el sentit que la inactivació es dispara quan l’interior de la membrana es torna més positiu, mentre que la desactivació es dispara quan el potencial de la membrana es torna més negatiu.
Els canals iònics es poden classificar en funció de l’tipus d’estímul per a la seva obertura o tancament en:
- c anals activats per voltatge;
- canals activats per lligands;
- canals mecanosensibles.
Canals regulats per voltajeEditar
els canals iònics obren en resposta a canvis en el potencial elèctric a través de la membrana plasmàtica, que tendeix a ser una bicapa lipídica. La seva principal funció és la transmissió d’impulsos elèctrics (generació de el potencial d’acció) a causa de canvis en la diferència de càrregues elèctriques derivades de les concentracions d’anions i cations entre els dos costats de la membrana.Las probabilitats de tancament i obertura dels canals iònics són controlades per un sensor que pot ser elèctric, químic o mecànic. Els canals activats per voltatge contenen un sensor que inclou diversos aminoàcids amb càrrega positiva que es mouen en el camp elèctric de la membrana durant l’obertura o tancament de canal. El canvi en la diferència de potencial elèctric a banda i banda de la membrana provoca el moviment de l’sensor. El moviment de l’sensor de voltatge crea un moviment de càrregues (anomenat corrent de comporta) que canvia l’energia lliure que modifica l’estructura terciària de canal obrint o tancant. Alguns d’aquests canals tenen un estat refractari conegut com inactivació el mecanisme està donat per una subunitat independent d’aquelles responsables de l’obertura i tancament.
Canals de sodi (Na +) Edita
La fase de la ràpida despolarització de el potencial d’acció de les cèl·lules nervioses i musculars (esquelètiques, llises i cardíaques) i, en general, de les cèl·lules excitables, depèn de l’entrada de Na + a través de canals activats per canvis de voltatge. Aquesta entrada de Na + produeix una despolarització de el potencial de membrana que facilita, al seu torn, l’obertura de més canals de Na + i permet que s’assoleixi el potencial d’equilibri per a aquest ió en 1-2 mseg. Quan les cèl·lules es troben en repòs, la probabilitat d’obertura dels canals de Na + és molt baixa, encara que durant la despolarització produeixi un dramàtic augment de la seva probabilitat d’obertura.
Canals de potassi (K +) Edita
Els canals de K + constitueixen el grup més heterogeni de proteïnes estructurals de membrana. En les cèl·lules excitables, la despolarització cel·lular activa els canals de K + i facilita la sortida de K + de la cèl·lula, el que condueix a la repolarització de l’potencial de membrana. A més, els canals de K + juguen un important paper en el manteniment de l’potencial de repòs cel·lular, la freqüència de tret de les cèl·lules automàtiques, l’alliberament de neurotransmissors, la secreció d’insulina, l’excitabilitat cel·lular, el transport d’electròlits per les cèl·lules epitelials , la contracció del múscul llis i la regulació de l’volum cel·lular. També hi ha canals de K + l’activació és independent de canvis de l’potencial de membrana que determinen el potencial de repòs i regulen l’excitabilitat i el volum extracel·lular. La mosca de l’vinagre (Drosophila melanogaster) ha estat la clau que ens ha permès conèixer la topologia i la funció dels canals K +. La identificació del primer canal de K + va ser la conseqüència de l’estudi electrofisiològic de l’mutant Shaker de la D. melanogaster, denominada així perquè presenta moviments espasmòdics de les extremitats a l’ésser anestesiada amb éter.Una funció important dels canals de K + és l’activació limfocitària en la resposta immune de l’organisme.
Canals de calci (Ca2 +) Edita
en les cèl·lules en repòs, la concentració intracel·lular de Ca2 + és 20.000 vegades menor que la seva concentració en el medi extracel·lular; d’altra banda, l’interior cel·lular és electronegatiu (-50 a -60 mV), és a dir, que existeix un gradient electroquímic que afavoreix l’entrada d’ions Ca2 + a la cèl·lula. No obstant això, en una cèl·lula en repòs, la membrana cel·lular és molt poc permeable a l’Ca2 +, de manera que l’entrada de la mateixa a favor d’aquest gradient és reduïda. Ara bé, durant l’activació cel·lular, la concentració intracel·lular de Ca2 + augmenta com a conseqüència de l’entrada de Ca2 + extracel·lular a través de la membrana, bé a través de canals voltatge-dependents. L’entrada de Ca2 + a través dels canals voltatge-depenents de la membrana cel·lular participa en la regulació de nombrosos processos biològics: gènesi d’el potencial d’acció i la durada d’aquest, acoblament excitació-contracció, alliberament de neurotransmissors, hormones i factors de creixement , sinaptogènesi, osteogènesi, processos de diferenciació cel·lular, hipertròfia i remodelat, entre d’altres.
Canals de clorur (Cl-) Edita
Els canals de Cl- juguen un molt important paper en la regulació de l’excitabilitat cel·lular, el transport transepitelial i la regulació de l’volum i de l’ pH cel·lulars i poden ser activats per canvis de voltatge, lligands endògens (Ca, AMPc, proteïnes G) i forces físiques (dilatació cel·lular). El primer canal voltatge-depenent d’aquesta família, denominat CLC-0, va ser clonat de l’òrgan elèctric de la ratlla Torpedo marmorata. Posteriorment, s’han clonat altres 9 canals, codificats pels gens CLCN1-7, CLCNKa i CLCNKb. Els canals ClC-0, CLC-1, ClC-2 i ClC-Ka / b es localitzen a la membrana cel·lular, mentre que els restants canals es troben en les membranes dels mitocondris i d’altres orgànuls cel·lulars. Els canals localitzats en la membrana cel·lular estabilitzen el potencial de membrana en les cèl·lules excitables (ex. En el múscul esquelètic) i són responsables de l’transport transepitelial d’aigua i electròlits, mentre que els canals intracel·lulars poden contrabalancear el corrent produïda per les bombes de protons .La funció més important dels canals de Cl-, en la sinapsi neuronal, és provocar una hiperpolarització per la seva entrada a la neurona postsinàptica passada la seva activació, i així interrompre l’impuls nerviós per preparar la neurona postsinàptica per al següent impulso.Otra funció important dels canals de Cl- succeeix en els glòbuls vermells de la sang: en els teixits l’entrada de Cl- en eritròcits força la sortida de bicarbonat d’aquests, de manera que entra CO2 a l’eritrocitoo. En els pulmons, la sortida de Cl- de l’eritròcit força l’entrada de bicarbonat de la sang, de manera que surt CO2 a l’torrent sanguini pulmonar. Així es transporta més quantitat de CO2 dels teixits als pulmons.