Canali ionici (pt. 1)

Question 1

Cosa sono i canali ionici e che caratteristiche strutturali hanno?

Answer 1

Proteine transmembrana che costituiscono dei pori nella membrana plasmatica, presenti in tutte le cellule. Sono tipicamente costituiti da quattro subunità.
Sul lato intracellulare possiede siti di regolazione (es. siti di fosforilazione) e siti di ancoraggio. Possono essere ancorate al citoscheletro per essere mantenute in uno specifico dominio di membrana. Nella parte extracellulare sono proteine glicosilate.
Gli aminoacidi in contatto con l’acqua contenuta nel canale sono idrofilici, mentre gli altri aminoacidi della proteina devono avere una elevata lipofilia.

Question 2

Che funzioni svolgono i canali ionici?

Answer 2

1. Sono fondamentali nello stabilire il potenziale di riposo di una cellula e i potenziali d’azione;
2. Attraverso questi canali si genera un flusso di calcio, il quale quando entra in cellula andrà ad attivare certe reazioni e certi processi (fa da secondo messaggero);
3. Sono tra i regolatori del volume cellulare: Quando ci sono delle variazioni di osmolarità, la membrana entra in tensione e quindi si aprono delle proteine che fanno passare degli ioni per controbilanciare i soluti osmoticamente attivi;
4. Regolano il flusso netto degli ioni attraverso le membrane delle cellule epiteliali, degli epiteli secernenti e degli epiteli assorbenti.

Question 3

Cos’è il gating?

Answer 3

I canali ionici possono essere in uno stato conduttivo (fa passare ioni) o in uno stato non conduttivo (non fa passare ioni). Il gating è un meccanismo, o una serie di meccanismi, che permettono al canale di passare dallo stato non conduttivo allo stato conduttivo. Si distinguono i canali:
* Costitutivamente aperti; quindi non regolati. Non avranno gating e non sono influenzati da fattori estrinseci.
* Canali regolati: sono normalmente chiusi, ma all’arrivo di uno stimolo passano allo stato conduttivo.

Question 4

Quali sono le tipologie di stimolo che innescano l’apertura di un canale ionico regolato?

Answer 4

Ligando-attivati: il legame di un ligando al canale apre il canale stesso. Si ha quindi funzione recettoriale e funzione di trasporto compresenti sulla stessa proteina;
Meccano-attivati (o stretch-attivati): il gating è regolato dallo stiramento (quindi dal cambiamento di tensione) della membrana. Una tensione nel bilayer fosfolipidico determina un riarrangiamento della proteina e questo può andare a influenzare la sua funzione.
Voltaggio-attivati (o votaggio-dipendenti): per far sì che il canale passi dallo stato non conduttivo allo stato conduttivo è necessario un cambiamento di voltaggio.

Question 5

Cos’è Ik, ACh?

Answer 5

Un canale presente sulla membrana delle cellule cardiache. La lettera I con una lettera al pedice indica la corrente di uno specifico ione; Ik pk questo canale conduce una corrente di ioni potassio. ACh pk è dipendente dall’acetilcolina. Questa è il neurotrasmettitore rilasciato dal nervo vago, quindi dal sistema parasimpatico: IK,ACh è importante nel controllo vagale dell’attività cardiaca.
Per via della Na+/K+ ATPasi, dentro alla cellula ci sarà una concentrazione maggiore di ioni potassio. Quindi all’apertura di un canale per il potassio, questo si sposterà verso l’esterno.

Question 6

Descrivi il funzionamento di Ik, ACh

Answer 6

Questo canale si trova in prossimità del recettore muscarinico M2, che è uno dei recettori dell’acetilcolina. Quando c’è un rilascio di acetilcolina, questa si lega a M2 attivando una proteina trimerica G. Quando questa si attiva, la sua subunità alfa si stacca dalla subunità beta-gamma e la beta-gamma va a legarsi al canale di potassio, aprendolo.

Question 7

Cos’è K+ ATP-sensibile?

Answer 7

Un canale del potassio sensibile all’ATP e molto importante nelle cellule muscolari. Correla l’attività elettrica della cellula col suo stato metabolico (entra in gioco, per esempio, durante l’affaticamento muscolare). Infatti, quando nella cellula il livello di ATP è molto alto, questo si lega al canale, chiudendolo. Quando dentro la cellula c’è poco ATP, questo si stacca dal canale, che quindi passa nella sua conformazione aperta.

Question 8

In che modo K+ ATP-sensibile è correlato con l’affaticamento muscolare?

Answer 8

La contrazione muscolare avviene pk la cellula muscolare viene stimolata da un segnale elettrico. Questo provoca una depolarizzazione della membrana, che fa aprire i canali del calcio (Ca²⁺). Questo entra o viene rilasciato dal reticolo sarcoplasmatico. Il Ca²⁺ è il segnale che fa partire la contrazione dei filamenti di actina e miosina. Ogni contrazione consuma ATP.
Se la cellula muscolare viene stimolata troppo a lungo, l’ATP inizia a diminuire. La cellula deve quindi proteggersi, pk senza ATP rischia di danneggiarsi. I canali K+ ATP-dipendenti rappresentano un meccanismo di autoprotezione: Si aprono quando l’ATP diminuisce, facendo uscire il potassio (K⁺). La parte interna della cellula diventa quindi più negativa: questo si chiama iperpolarizzazione o ripolarizzazione. La membrana non è più depolarizzata, quindi non può più innescare un nuovo potenziale d’azione; la contrazione si ferma.

Question 9

Nei canali ionici a permeabilità altamente selettiva, in base a quali criteri il canale discrimina gli ioni?

Answer 9

Dimensione dello ione, carica ed energia di solvatazione/idratazione. Quest’ultima deriva dal fatto che lo ione è, in soluzione, circondato da molecole d’acqua, ma nel canale deve passare privato di tali molecole. Lo ione in soluzione acquosa è stabile circondato da molecole d’acqua e quindi il canale deve fornirgli l’energia necessaria per compensare la perdita delle molecole d’acqua. Questa energia di solvatazione è specifica per ogni singolo ione. Un ambiente troppo ricco di energia respingerebbe lo ione, mentre uno troppo povero non riuscirebbe a vincere la stabilità dello ione.

Question 10

Cos’è e come funziona il meccanismo knock-out?

Answer 10

Il meccanismo di funzionamento di un canale ionico del potassio:
La sequenza di amminoacidi che forma il filtro selettivo per il K, crea quattro tasche che potrebbero ospitare ciascuna uno ione potassio. Essendo però K carico positivamente, non saranno mai occupate contemporaneamente tutte e quattro, ma sempre 1-3 o 2-4. Quando nel canale sono presenti due ioni (ad esempio in posizione 3 ed 1), l’avvicinamento di un altro K innesca il flusso di ioni: il nuovo K si posiziona nella tasca 4, scalzando quello presente nella tasca 3. Questo finirà nella tasca 2, inducendo la fuoriuscita dal canale dello ione presente in tasca 1.

Question 11

Cos’è la meccano-trasduzione?

Answer 11

L’innesco di una risposta cellulare da parte di uno stimolo meccanico (è la conversione di un segnale meccanico in un segnale elettrico). Esempi di meccano trasduzione sono l’organo del corti nella coclea (dove l’oscillazione dell’endolinfa causa l’apertura dei canali potassio, che
innescano lo stimolo nervoso) e shear stress sui vasi.

Question 12

Cos’è lo shear stress dei vasi sanguigni?

Answer 12

La forza per unità di area esercitata dal flusso del sangue parallelamente alla parete del vaso. Un aumento di shear stress induce la vasodilatazione, che riporta lo shear stress a livelli fisiologici.

Question 13

Quali sono gli elementi cellulari che sono più esposti a stimoli meccanici?

Answer 13

o glicocalice
o giunzioni cellulari
o citoscheletro (sia nella porzione legata alla membrana plasmatica sia quella legata alla membrana nucleare).

Question 14

Quali sono le tipologie di segnale trasmesse dalla contrazione di microtubuli o filamenti di actina del citoscheletro?

Answer 14

▪ segnali acuti: attivazione di risposte di determinati recettori (es. Alcune proteine possono cambiare conformazione sotto tensione, esponendo o nascondendo domini di legame o domini regolatori)
▪ segnali a lungo termine (contraendosi i filamenti di citoscheletro la membrana plasmatica va a comprimersi mentre la membrana nucleare va a dilatarsi aumentando lo spazio nucleare. L’aumento di spazio nel nucleo permette uno “srotolamento” della cromatina influenzando così l’attività dei fattori di trascrizione e variando l’espressione genica)

Question 15

Cosa sono i canali K2P (potassium 2 pores)?

Answer 15

Canali del potassio che presentano due pori e che sono composti da quattro domini transmembrana. Sono importanti nel tessuto nervoso e nel tessuto cardiaco e sono attivati da stretch di membrana, variazioni dell’osmolarità, pH (più è basico più la corrente registrata è elevata) o grado di integrità del citoscheletro.

Question 16

Cosa sono i canali ENaC?

Answer 16

Sono una famiglia di canali meccano-attivati, particolarmente espressi nelle cellule epiteliali (specialmente in quelle con funzione assorbente o riassorbente). Es. La sua funzione principale è trasportare Na⁺ dal lume del tubulo renale dentro le cellule epiteliali, e da lì nel sangue. È un canale a bassa conduttanza (10 picoSiemens) ed è estremamente selettivo: concede il passaggio solo a ioni sodio.

Question 17

Che caratteristiche strutturali ha ENaC?

Answer 17

Eterotrimero: è costituito da 3 subunità, ciascuna con un N-terminale e un C-terminale citoplasmatici, due eliche transmembrana e una grossa porzione extracellulare che ricopre il 70% del peso della proteina. Le tre subunità si chiamano alfa, beta e gamma, e sono codificate ciascuna da un gene diverso.
Se questa stechiometria 1:1:1 non è rispettata, ma ad es. il canale composto da due subunità alfa e una beta perde la selettività, si avrà uguale permeabilità per sodio e potassio.

Question 18

Quali stimoli meccanici che attivano ENaC?

Answer 18

• Stretch di membrana. Es. L’aumento di pressione idrostatica regola positivamente il gating del canale;
• Variazioni osmotiche;
• Variazione di shear stress sulla cellula (maggiore è lo shear stress, maggiore è la probabilità di apertura del canale e maggiore è il tempo di apertura dello stesso). Questo serve a compensare il fatto che se il flusso all’interno del tubulo renale è maggiore, allora il canale fa più fatica a catturare uno ione sodio (quindi si apre più spesso e per più tempo per aumentare le probabilità)

Question 19

Cos’è l’amiloride?

Answer 19

Un farmaco che inibisce il canale ENaC (Epithelial Sodium Channel) nel tubulo distale e nel dotto collettore del nefrone. Bloccando l’ingresso del sodio nella cellula:
Diminuisce il riassorbimento di sodio.
Riduce il riassorbimento osmotico di acqua, aumentando la diuresi (effetto diuretico).
Riduce la secrezione di potassio nelle urine, poiché l’entrata di Na⁺ nella cellula normalmente alimenta lo scambio con K⁺ (tramite la pompa sodio-potassio).

Question 20

Qual è il ruolo fisiologico di ENaC?

Answer 20

• Controllo della volemia: l’acqua si sposta dove ci sono gli ioni, tipicamente dove c’è lo ione sodio. Quindi, richiamando sodio all’interno della cellula anche l’acqua verrà riassorbita dal tubulo renale e poi riversata nel sangue. Non a caso l’amiloride è un diuretico.
• Regolazione della pressione sanguigna: se aumenta il volume di fluido, aumenta anche la pressione che questo esercita lungo le pareti del vaso. L’aumento di volume del sangue eleva la pressione sanguigna.
• Percezione del gusto salato, essendo espresso nelle papille gustative. Questo è valido soprattutto negli animali, mentre nell’uomo non è ancora verificato.