I canali ionici
di matteo ceccarelli
La concentrazione degli ioni dentro o fuori la cellula e' fondamentale per molte
attivita' biologiche come ad esempio la trasmissione degli stimoli nervosi.Il flusso
di questi ioni attraverso la membrana e' garantito da alcune proteine mebranali
chiamate canali ionici. Queste proteine sono presenti in tutte le specie viventi,
dagli animali ai vegetali ai procarioti.<br> Sino a qualche anno fa le ricerche su
questi canali erano poche. Si studiavano i canali che conducevano i cationi, ioni con
carica positiva (K+, Na+, Ca++), perche presentavano delle proprieta' interessanti di
selettivita': i canali che conducono il potassio K+ ad esempio non conducono (o almeno
in minima parte) il sodio Na+, benche' abbiano la stessa carica. La selettivita'
dipende dalle dimensioni dello ione (il potassio e' piu grande del sodio, ci vuole
meno energia a togliere le acque che circondano il potassio per metterlo all'interno
del canale), e dalla sua carica.<br>Un'altra proprieta' dei canali ion!
ici e' il meccanismo di apertura-chiusura (gating) che permette agli ioni di essere
trasportati. Questo meccanismo e' rimasto oscuro sino all'aprile del 2003, quando il
Prof. Mac Kinnon, che ha vinto il nobel quest'anno, ha pubblicato nel giro di un mese
un articolo su Science e due su Nature nei quali spiegava il gating nei canali per
anioni e cationi rispettivamente.<br>Vediamo quali sono le differenze tra i canali
cationici ad anionici: partiamo dai canali per i cationi. Il cosidetto filtro
selettivo e' costituito da due eliche quasi parallele, il cui dipolo e' orientato
secondo l'asse del canale (dall'esterno verso l'interno). Con un potenziale esterno si
puo' modificare la distribuzione di carica lungo le eliche, e creare dunque un effetto
di polarizzazione. L'effetto puo' essere piu o meno grande. Se ad esempio una carica
positiva elevata si concentra in una zona delle eliche queste tendono a respingersi e
si aprono. Quando invece la carica e' piccola le eliche, per al!
tre interazioni, si avvicinano. In questo modo le due eliche si comportano come un
cancello che si apre e si chiude a seconda di come la carica si distribuisce su di
esse.<br>I canali al cloro invece hanno un altro comportamento, legato alla posizione
delle due eliche. In questi canali le eliche sono anti-parallele. Se si applica un
potenziale esterno, essendo le due eliche anti-parallele cosi come il dipolo,
l'effetto e' nullo.<br>Dunque mentre per i canali cationici si parlava di
non-localita', cioe' se si cambia un potenziale (non-locale) questa perturbazione
agisce localmente, nel caso dei canali anionici esiste la localita'. Solo un
cambiamento locale infatti ha effetto, perche' tutti i cambiamenti non-locali hanno
effetto nullo sulle proprieta' strutturali del canale.<br>Nel caso dei canali
anionici, la struttura della proteina risolta ai raggi-X ha mostrato che tra le due
eliche anti-parallele si trova un amino acido (glutammato) che porta una carica
negativa. Questa !
carica e' la stessa ad esempio dell'anione cloro (Cl-). Quando la catena laterale del
glutammato si trova in mezzo alle eliche, non vi e' possibilita di passaggio per il
cloro: avendo la stessa carica cloro e glutammato si respingono. Ma se la catena del
glutammato subisce una transizione conformazionale e si sposta, il cloro puo' prendere
il suo posto e piano piano puo' essere trasportato lungo il canale. Cosa induce lo
spostamento della catena laterale del glutammato e' ancora da capire e per questo si
parla di problema del gating. <br>Sperimentalmente si sa che cambiando il PH della
soluzione o la concentrazione del cloro (sia esterna che interna alla cellula), si ha
l'apertura del canale. Ma come questo avvenga da un punto di vista microscopico, cioe'
localmente (per esempio, dove va a legarsi la catena del glutammato quando si sposta?)
ancora non si sa.
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