Tipo di trasportatore Velocità di turnover

Pompe ioniche 2-5·102/sec

Glucoso-permeasi 103-104/sec

Canale del Na+ ~108/sec

I canali ionici permettono dei flussi molto rapidi e intensi

Lato extracellulare Lato citoplasmatico

Poro acquosoFiltro di selettività

Residui di zuccheri

bilayer lipidico

Struttura di base di un canale ionico

Canale ionico in 3D – Shaker K+

Quattro subunità

Canale ionico in 3D – PorinaUnica subunità

In soluzione acquosa tutti gli ioni sono circondati da un alone di molecole d’acqua

Raggio anidro e idrato e spessore dell’alone idrico di solvatazione di alcuni ioni di interesse fisiologico

I canali ionici sono estremamente selettivi nei confronti dei vari ioni

La selettività può essere conferita da una combinazione dei seguenti fattori:- presenza di cariche elettriche fisse sulla parete interna del canale di intensità e densità specifiche

- raggio anidro dello ione

- grado di idratazione dello ione

Basi molecolari di selettività di un canale K+ nei confronti del K+ rispetto al Na+

Gli ioni K+, idrati in soluzione, perdono le molecole di H2O quando passano attraverso il filtro di selettività e formano dei legami di coordinazione con quattro O di gruppi carbonilici.

Gli ioni Na+, essendo più piccoli, non possono coordinarsi perfettamente con questi O e quindi attraversano il canale solo raramente.

K+ in H2O Na+ in H2O

K+ nel poro Na+ nel poro

canale del potassio

canale del sodio

canale-recettore per l’Ach

canale del potassio

canale del sodio

Dimensioni del Poro

Sezione frontale (sinistra) e vista dall’alto (destra) di un canale selettivo per lo ione K+. Si possono osservare tre ioni K+ che stanno attraversando il poro del canale per diffusione ristretta in singola fila. Le molecole rappresentate da atomi rossi e bianchi sono molecole di H2O, alcune delle quali sono ancora legate agli ioni K+ a costituire l’alone di solvatazione.

Passaggio in singola file di ioni K+ attraverso il poro del canale

Concentr. di Na+ o K+ (mM)

Co

nd

utt

an

za d

i s

ing

olo

ca

na

le (

pS

)

Anche nel caso dei canali ionici i flussi sono saturanti

Canali Ionici: classificazione in base alle modalità di apertura

Voltaggio-dipendenti: rispondono a

variazioni di Vm

Sempre aperti

extracell.

intracell.

Chemio-dipendenti: rispondono a un

messaggero extracellulare

neurotrasmettitore

Chemio-dipendenti: rispondono a un

secondo messaggero (intracellulare)

cAMP, cGMP, Ca2+, IP3, proteine

G

Canali ionici chemio- e voltaggio-dipendenti

Canale chemio-dipendente

Canale voltaggio-dipendente

Struttura di base di un canale voltaggio-dipendente

Lato extracellulare Lato citoplasmatico

Sensore del voltaggio

Filtro di selettività

porta

Problemi clinici correlati ai sistemi di trasporto

Fibrosi cistica – canali del cloro epiteliali

Arritmia cardiaca – canali del sodio e del potassio cardiaci

Diabete mellito non-insulina-dipendente – trasportatore del glucosio nel tessuto adiposo