Canais iônicos trabalho

Canais iônicos trabalho

INTRODUÇÃO

A maioria das proteínas de canal presentes na membrana plasmática das células que conectam o meio intracelular ao meio extracelular possui poros estreitos fortemente seletivos, que podem abrir e fechar e são envolvidos de modo específico com o transporte de íons inorgânicos. A essas proteínas dá-se o nome de canais iônicos.

Os canais iônicos formam poros aquosos através da bicamada lipídica e permitem que íons inorgânicos, de tamanho e carga apropriados, cruzem a membrana a favor de seus gradientes eletroquímicos. Os canais são controlados e geralmente abrem temporariamente em resposta a uma perturbação específica na membrana, como uma mudança no potencial de membrana ou uma ligação de um neurotransmissor.

O ligante pode ser tanto um mediador extracelular (neurotransmissor), ou um mediador intracelular, como um íon ou um nucleotídeo. Talvez os canais iônicos mais comuns sejam aqueles permeáveis a K+, que são encontrados na membrana plasmática.

CANAIS IÔNICOS

Os canais iônicos são formados por proteínas integrais e estão presentes nas membranas plasmáticas das células. Formam poros responsáveis pelo transporte de nutrientes entre o meio extracelular e intracelular, os íons, a água e pequenas moléculas podem atravessar a bicamada lipídica das membranas celulares, graças a estes poros formados por proteínas transmembranares. As quais mantêm o funcionamento perfeito da vida celular e conseqüentemente da homeostasia no corpo humano.

Os canais iônicos regulados por ligantes são também conhecidos como receptores ionotrópicos. Trata-se de proteínas da membrana com estrutura semelhante à de outros canais iônicos, mas que incorporam um sítio de ligação (receptor) de ligante, geralmente no domínio extracelular. Tipicamente, são os receptores sobre os quais atuam os neurotransmissores rápidos. Os exemplos incluem o receptor nicotínico de acetilcolina, o receptor GABAA e os receptores de glutamato dos tipos NMDA (N-metil-D-aspartato), AMPA (a-amino-3-hidroxi-5-metil4-isooxazolpropionato) e cainato.

Alguns canais incorporam um receptor e só se abrem quando este estiver ocupado por um agonista. Outros são regulados por diferentes mecanismos, sendo os canais iônicos regulados por voltagem particularmente importantes. Em geral, os fármacos podem afetar a função dos canais iônicos ao interagirem com o sítio receptor dos canais regulados por ligantes ou com outras partes da molécula do canal.

PROPRIEDADES DOS CANAIS IÔNICOS

1. Condução iônica

2. Seletividade

3. Capacidade de abrir e fechar

  1. Condução iônica

Permitem a passagem de grande quantidade de íon em curto intervalo de tempo (até 100.000.000 de íons por segundo). Sendo muito rápido com escala de tempo em milissegundos (1-2 ms). Esta elevada condutância é que permite gerar os potenciais de ação.

  1. Seletividade

Os canais iônicos formam poros estreitos fortemente seletivos, sendo assim, existem canais específicos para determinados íons (sódio, potássio, magnésio, cálcio, entre outros). Desta forma os canais iônios atuam como filtros de passagem seletiva para os íons.

A seletividade desses canais depende basicamente do diâmetro do poro e das cargas elétricas presentes no interior do canal, estas cargas são provenientes dos aminoácidos que compõem as subunidades protéicas do canal. A presença de aminoácidos polares no interior do canal permite a liberação do íon das moléculas de água e liberam a passagem pelo canal.

  1. Capacidade de abrir e fechar

Estes canais abrem e fecham de acordo com estímulos, físicos, químicos, eletromagnéticos, mecânicos, entre outros. E são envolvidos de modo específico com o transporte de íons inorgânicos permitindo aos íons de tamanho e carga apropriados, que cruzem a membrana a favor de seus gradientes eletroquímicos. Os canais que permitem a passagem contínua de íons são os “canais abertos”. Os canais que dependem de estímulos são os chamados “canais controlados por comportas”. Estes últimos são altamente específicos: existem canais para o Sódio (Na+), Potássio (K+) etc. Também podem abrir mediante alterações da voltagem da membrana, os chamados “dependentes de voltagem”. Ou então os canais podem abrir por substâncias específicas, os neurotransmissores. Neste caso são chamados “dependentes de ligantes”.

     

Alguns destes canais podem se apresentar internalizados e posteriormente externalizados mediante estímulos específicos. A nomenclatura dos canais iônicos está associada, na maioria das vezes, ao tipo de íon transportado através do canal. Por exemplo: canais de sódio, canais de potássio, canais de cálcio, entre outros. Existem muitos subtipos já descritos na literatura especializada, sendo assim, a nomenclatura pode ser bem variável  no que diz respeito aos subtipos destes canais.

Podemos citar os canais de sódio operados por voltagem como um exemplo clássico de canais de comporta ativados por voltagem, esse tipo de canal apresenta duas comportas; uma externa e outra interna, quando estão no seu estado de repouso (-90 mV nos neurônios) a comporta externa permanece fechada, diferentemente do canal de potássio, que apresenta uma comporta e consequentemente apenas dois estados distintos (repouso e ativado).

MECANISMO DE COMPORTAS

CANAIS REGULADOS POR VOLTAGEM

Os canais regulados por voltagem abrem-se, em sua maioria, quando a membrana celular é despolarizada. Formam um grupo muito importante, visto que constituem a base do mecanismo de excitabilidade da membrana. Os canais mais importantes desse grupo são os canais seletivos de sódio, potássio ou cálcio.

Em geral, a abertura (ativação) do canal, induzida pela despolarização da membrana, é de curta duração, mesmo quando a despolarização é mantida. Isso se deve ao fato de que, em alguns canais, a ativação inicial do canal é seguida de um processo mais lento de inativação.

Canais de k+ controlados por voltagem

Os canais de potássio tem notável sensibilidade iônica. O canal é composto de quatro subunidades transmembrana idênticas que, juntas, formam um poro central através da membrana. Cada subunidade contribui com duas hélices transmembrana que são inclinadas para o exterior na membrana e, juntas, formam um cone por onde os íons de potássio deixam o canal. A cadeia polipeptídica que conecta as duas hélices transmembrana forma um curta α-hélice e uma alça que forma uma protusão no cone para formar o filtro de seletividade. A estrutura desse filtro explica a seletividade iônica fina do canal.

Assumindo que esta estrutura permanece intacta na membrana plasmática, quando há o impulso ocorre uma alteração conformacional no canal de potássio, distorcendo-o de maneira que permita a “abertura” do canal, havendo assim, a passagem dos íons através da membrana. Esta movimentação iônica gera uma corrente elétrica que despolariza a membrana. As células que mais utilizam esses canais iônicos são os neurônios.

Canais de Ca2+ controlados por voltagem

Os canais de cálcio contém um sensor de voltagem que consiste de quatro subunidades ou domínio internos repetidos, que contém seis regiões transmembranares em α-hélice. Diferentemente dos canais de potássio, que têm elevada seletividade, os canais de cálcio servem-se de resíduos glutamato, cujas cadeias laterais carboxílicas provavelmente atingem o lúmen do poro, de modo a bloquear o fluxo de sódio, mas rearranjando-se de maneira a interagirem com os íons de cálcio. Devido ao fluxo desses íons ser controlado por potencial transmembranar elétrico, esse canal é denominado controlado por voltagem.

CANAIS REGULADOS POR LIGANTES

Os canais iônicos controlados por transmissores ou ligantes são especializados em converter os sinais químicos extracelulares em sinais elétricos. Estão concentrados na membrana plasmática da célula pós-sináptica e abrem-se temporariamente em resposta à ligação de moléculas neurotransmissoras, produzindo assim, uma breve mudança de permeabilidade da membrana.

Estes canais, ao contrário dos canais controlados por voltagem, são insensíveis ao potencial de membrana e não podem produzir uma excitação auto - amplificada. Produzem mudanças de permeabilidade local graduadas de acordo com a quantidade de neurotransmissor liberado na sinapse e o tempo de persistência na mesma.

Os canais iônicos controlados por transmissor diferem dos outros de várias formas importantes. Primeiramente, como receptores, eles apresentam sítio de ligação altamente seletivo. Segundo, eles são seletivos ao tipo de íon que cruza a membrana plasmática. Os neurotransmissores excitatórios abrem canais de cátions, induzindo a entrada de sódio, que despolariza a membrana para ativar um potencial de ação. Os neurotransmissores inibitórios abrem tanto canais de cloro como canais de potássio.

Os canais regulados por ligantes são ativados pela ligação de um ligante químico a um sítio existente na molécula do canal. Os neurotransmissores rápidos, como glutamato, acetilcolina, GABA e ATP, atuam dessa maneira e ligam-se a sítios no lado externo da membrana. Alguns canais regulados por ligantes na membrana plasmática respondem a sinais intracelulares mais do que a sinais extracelulares, e os mais importantes incluem:

  • Os canais de potássio ativados por Ca2+, que são encontrados na maioria das células e que se abrem com conseqüente hiperpolarização da célula, quando os níveis intracelulares de Ca2+ aumentam;

  • Os canais de potássio sensíveis ao ATP, que se abrem quando ocorre queda das concentrações intracelulares de ATP em conseqüência da deficiência de nutrientes na célula. Esses canais, que são muito distintos dos que medeiam os efeitos excitatórios do ATP extracelular, são observados em muitas células nervosas e musculares e também ocorrem em células secretoras de insulina, onde fazem parte do mecanismo que liga a secreção de insulina ao nível de glicemia;

  • O receptor vanilóide, cujo sítio de ligação da capsaicina (e, possivelmente, de mediadores endógenos); reside na parte citoplasmática da molécula.

NEUROTRANSMISSORES EXCITATÓRIOS E INIBITÓRIOS

Muitos transmissores podem ser excitatórios ou inibitórios, dependendo de onde são liberados, de quais receptores ligam e de quais condições iônicas se encontram.

A acetilcolina pode excitar ou inibir, dependendo do tipo de receptores a que se liga. Geralmente, acetilcolina, glutamato e serotonina são usados como transmissores excitatórios e o ácido γ-aminobutírico (GABA) e a glicina são utilizados como transmissores inibitórios.

DESENVOLVIMENTO DE FÁRMACOS ATUANTES NOS CANAIS IÔNICOS

Do ponto de vista funcional, quatro tipos de canais iônicos são importantes:

Os canais de Na+, K+, Ca2+ e Cl-. A permeabilidade de alguns destes canais é regulada pela ativação de receptores, sendo os mais importantes os receptores de GABA, glutamato e glicina.

Os receptores de glutamato podem estar na base de certos tipos de susceptibilidade a convulsões, sendo assim, seus bloqueadores podem ter interesse anti-convulsionantes. Dada a grande profusão dos receptores de glutamato no sistema nervoso central, eles são alvos para varias intervenções terapêuticas, como por exemplo na regulação da função anormal em doenças neurológicas.

Os receptores GABA fazem parte do canal de cloreto. Alterações na configuração desses receptores facilitam a entrada de cloreto. Diversas drogas antiepilépticas atuam nesses receptores.

“Uma droga antiepiléptica pode ser definida como uma substância que quando administrada por um determinado período, pode diminuir a incidência ou severidade das crises epiléticas que acometem pacientes portadores de síndrome epilética.”

Diversos mecanismos têm sido propostos para ação das drogas antiepiléticas, mas, de maneira geral, atuam por três mecanismos:

  • Limitação dos disparos neuronais repetitivos através do bloqueio de canais iônico dependentes de voltagem ;

  • Incremento da neurotransmissão inibitória mediada por GABA ;

  • Bloqueio da transmissão glutamatérgica excitatória.

Os receptores de glicina fazem o mesmo que os receptores GABA, mais são distintos deles. O bloqueio desses receptores origina convulsões. Alguns fármacos funcionam como antiepilépticos atípicos e são utilizados no tratamento de hipertensão, angina e arritmias cardíacas, pois atuam bloqueando os canais de cálcio.

A maioria dos canais iônicos não está acoplado a receptores e sua permeabilidade não depende de estimulação. Dada a importância de suas funções em que estão implicados, os canais de cálcio são os que maior importância têm no ponto de vista clínico. Estão ligados ao desencadeamento da contração cardíaca e de tecidos secretores, além de células nervosas.

Todos os fármacos antagonistas do cálcio têm a propriedade de bloquear o fluxo transmembranar de cálcio através dos canais dependentes da voltagem. Estes fármacos têm sido utilizados no tratamento de hipertensão arterial, insuficiência coronária, certas arritmias cardíacas, disfunção diastólica ventricular esquerda, enxaqueca, espasmos esofágicos e na doença bipolar.

IMPORTÂNCIA DO CANAL IÔNICO

O funcionamento desses canais é primordial para o funcionamento das células, e conseqüentemente do corpo humano, já que o transporte de íons através destes canais não serve apenas como fonte de nutrientes para a célula, mas também é um importante fator gerador de energia, pois as diferenças elétricas geradas através dos diversos tipos de transporte intermembranar é um fator importante no contexto da geração de energia pela célula e na manutenção da homeostasia. Além disso, diversas patologias tem a sua origem no mau funcionamento de alguns tipos de canais iônicos, como ocorre nas canalopatias epilépticas.

            Diversos mecanismos fisiológicos dependem do bom funcionamento dos canais iônicos, todos os potenciais de ação gerados pelas células excitáveis do nosso organismo (canais de sódio, potássio e cálcio principalmente), os batimentos cardíacos, a manutenção da constituição dos nossos líquidos intracorporais e muitos outros mecanismos homeostáticos.

CONCLUSÃO

Como podemos observar, diversos fenômenos químicos estão envolvidos no equilíbrio do corpo humano e qualquer distúrbio no funcionamento dos canais iônicos acarreta grandes malefícios. Porém, diversos estudos permitiram o desenvolvimento de fármacos que permitem ao indivíduo uma melhor qualidade de vida.

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