I canali ionici permettono dei flussi molto rapidi e intensi Tipo di trasportatore Velocità di turnover Pompe ioniche 2-5·102/sec Glucoso-permeasi 103-104/sec Canale del Na+ ~108/sec

Struttura di base di un canale ionico bilayer lipidico Lato extracellulare Lato citoplasmatico Poro acquoso Filtro di selettività Residui di zuccheri

Canale ionico in 3D – Porina Canale ionico in 3D – Shaker K+ Unica subunità Canale ionico in 3D – Shaker K+ Quattro 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+ K+ in H2O Na+ in H2O K+ nel poro Na+ nel poro 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.

canale-recettore per l’Ach Dimensioni del Poro canale del potassio canale del sodio canale-recettore per l’Ach

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

Anche nel caso dei canali ionici i flussi sono saturanti Concentr. di Na+ o K+ (mM) Conduttanza di singolo canale (pS)

Canali Ionici: classificazione in base alle modalità di apertura Sempre aperti extracell. intracell. Voltaggio-dipendenti: rispondono a variazioni di Vm Chemio-dipendenti: rispondono a un messaggero extracellulare neurotrasmettitore Chemio-dipendenti: rispondono a un secondo messaggero (intracellulare) cAMP, cGMP, Ca2+, IP3, proteine G

Canale chemio-dipendente Canale voltaggio-dipendente 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 porta Filtro di selettività

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