Canais iônicos ✅

 

Canais iónicos são proteínas de membrana que formam poros aquosos através da bicamada lipídica, pelos quais passam os iões entre o meio extracelular e intracelular. Ajudam a estabelecer e controlar a diferença de potencial elétrico (gradiente de voltagem) através da membrana da célula, permitindo o fluxo de iões pelo seu gradiente eletroquímico. Estão presentes nas membranas celulares.

Canal iónico – Wikipédia, a enciclopédia livre (wikipedia.org)

Os canais iônicos são proteínas presentes nas membranas celulares que permitem o fluxo seletivo de íons para dentro e para fora das células. Esses canais desempenham um papel crucial em diversos processos fisiológicos, como a transmissão de sinais nervosos, contração muscular e regulação do equilíbrio iônico¹. Existem diferentes tipos de canais iônicos, incluindo os de potássio, sódio, cálcio e cloro. Cada tipo possui características específicas de seletividade e regulação. Por exemplo:

• Os canais de potássio são responsáveis pela permeabilidade seletiva ao íon potássio, desempenhando um papel crucial na repolarização da membrana celular.
• Os canais de sódio são essenciais na geração do potencial de ação.
• Os canais de cálcio estão envolvidos na regulação da liberação de neurotransmissores e na contração muscular.
• Os canais de cloro desempenham um papel importante na regulação do equilíbrio iônico e na manutenção do potencial de membrana¹. Esses canais funcionam por meio de mudanças conformacionais em resposta a estímulos como variações de voltagem, ligantes ou pressão mecânica, permitindo a passagem de íons específicos e desencadeando respostas celulares¹. Em resumo, os canais iônicos são fundamentais para o funcionamento adequado das células e são alvos importantes para o desenvolvimento de terapias em diversas doenças¹.

Canais iônicos - Biologia molecular - Mobilidade iônica - Dinâmica molecular

Canais iônicos (CIs) são proteínas transmembrânicas capazes de regular o fluxo de íons, para dentro e para fora das células, abrindo e fechando seus poros. 

Tal regulação se da em resposta a diferentes estímulos, como ligação de moléculas, diferenças de potencial eletrostático, estímulos mecânicos, etc. Além disso, em geral, CIs são altamente seletivos a um íon. Assim, em função do íon transportado pelo canal, estes podem ser denominados canais de Na+, K+, Ca++ ou Cl-. 

O funcionamento de CIs está relacionado a uma variedade de funções biológicas essenciais como: contração muscular, sinapses, geração e transmissão de impulsos nervosos, controle da pressão osmótica, secreção hormonal, percepção do ambiente e consciência, entre outros. Portanto, essas proteínas tem sido alvo de intensas investigações ao longo das ultimas décadas. Diversas estruturas cristalográficas de canais iônicos foram resolvidas nos últimos anos. Conjuntamente com avanços no poder computacional, tais estruturas possibilitam a investigação de CIs com alta resolução, via simulações de dinâmica molecular (DM). 

Em 2011 foi publicada a primeira estrutura cristalográfica de canal de Na+: um CI bacteriano denominado NavAb (Payandeh et al., 2011). Observa-se que o poro de CIs apresenta uma estrutura geral comum. Em contrapartida, a região responsável pela discriminação dos íons, o chamado filtro de seletividade (FS), naturalmente mostra diferenças consideráveis.

Segundo pode ser observado na estrutura cristalográfica, o FS de canais de Na+ e relativamente curto e amplo, sendo portanto capaz de acomodar íons hidratados no seu interior. Além disso, e sugerido que íons dispõem de certa mobilidade no interior desse FS. Tal descrição difere significativamente do ambiente constrito e pouco hidratado observado no FS de canais de K+. Frente a isso, espera-se que os mecanismos de condução em canais de Na+ e K+ sejam diferentes. 

Neste trabalho, cálculos de energia livre (via metadinâmica) e simulações de DM com aplicação de potenciais eletrostáticos transmembrânicos foram empregados na investigação do mecanismo de condução de canais de Na+, através do CI NavAb. 

Conjuntamente, ambas metodologias mostram que os íons ligam-se essencialmente a três sítios no interior do FS, chamados HFS, CEN e IN. Mostrou-se também que o movimento de íons e água no interior do filtro e pouco restrito. 

Em decorrência disso, e permitida a ocupação concomitante de um único sitio do FS por mais de um íon, o que implica em um mecanismo fundamentalmente distinto daquele observado em canais de K+.

Outro resultado interessante aponta para uma assimetria nos mecanismos de condução de Na+ em condições de hiperpolarização ou equilíbrio (ΔV≤0) e de despolarização (ΔV>0). O mecanismo de condução predominante a ΔV ≤ 0 envolve essencialmente a participação de dois Na+. Em contrapartida, a ΔV > 0, o mecanismo conta com três íons, sendo que a chegada do terceiro estimula a liberação de um dos íons anteriormente presentes no canal. 

Perspectivas desse estudo impactam algumas das questões mais desafiantes da biofísica molecular atual, tais como: identificar os fatores determinantes da seletividade iônica; compreender melhor a relação estrutura-função de canais iônicos eucariotos, particularmente canais de Na+ e Ca++; mecanismo de ação de anestésicos e aplicações nanobiotecnológicas.

Origem: Repositório Institucional da UnB: Mecanismos de condução iônica em canais de sódio.

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Capítulo 27 - Processo de Preservação do corpo