As canles de sodio son proteínas integrais de membrana que forman canles iónicas que conducen ións sodio (Na+) a través da membrana plasmática da célula. Pertencen á superfamilia de canles catiónicas.
Clasificación Clasifícanse en dous tipos: Tipo de canle de sodio Sinónimos Causante(factor que estimula a canle)Canles de sodio reguladas por voltaxe"VGSCs""dependente de voltaxe""sensible á voltaxe""canle Nav"Cambio no potencial de membrana, que tamén se chama cambio de voltaxeCanles de sodio reguladas por ligandoLGSCsUnión de substancias como ligandos á canleCanle de fuga de sodio(Na+ leak channel)NALCNNon regulados, sempre abertos
Función En células excitables, como as neuronas, miocitos e certos tipos de células da glía, as canles de sodio son responsables da fase de ascenso do potencial de acción. Estas canles pasan por tres estados, chamados de repouso, activo e inactivo. Aínda que tanto o estado de repouso coma o inactivo non permiten que flúan os ións a través das canles, existen diferenzas con respecto á súa conformación estrutural.
Selectividade As canles de sodio son moi selectivas para o transporte de ións a través das membranas celulares. A alta selectividade con respecto ao ión sodio (Na+) conséguese de diversas maneiras. Todas implican a encapsulación do ión sodio nunha cavidade de tamaño específico dentro dunha molécula máis grande.
Canles de sodio reguladas por voltaxe
Estrutura miniatura|640px|Diagrama da subunidade α dunha canle de sodio sensible á voltaxe. G – glicosilación, P – fosforilación, S – selectividade iónica, I – inactivación. As cargas positivas (+) en S4 son importantes para percibir a voltaxe transmembrana.
As canles de sodio constan de grandes subunidades alfa que se asocian con proteínas accesorias, como as subunidades beta. Unha subunidade alfa forma a parte central da canle e funciona por si mesma. Cando a célula expresa a proteína da subunidade alfa, esta por si soa pode formar un poro na membrana celular que conduza Na+ de maneira dependente de voltaxe, incluso se non se expresan as subunidades beta ou outras proteínas moduladoras. Cando as proteínas accesorias se ensamblan con subunidades α, o complexo regulador pode presentar unha dependencia á alteración da voltaxe e localización celular.
A subunidade alfa consta de catro dominios repetidos, denominados do I ao IV, cada un dos cales contén seis segmentos que abranguen todo o grosor da membrana, denominados de S1 a S6. O segmento altamente conservado S4 actúa como sensor de voltaxe da canle. A sensibilidade á voltaxe desta canle débese a aminoácidos con carga positiva localizados cada tres residuos.Nicholls, Martin, Fuchs, Brown, Diamond, Weisblat. (2012) "From Neuron to Brain," 5ª ed. px. 86 Cando son estimulados por un cambio na voltaxe transmembrana, este segmento móvese cara ao lado extracelular da membrana celular, permitindo que a canle se faga permeable aos ións. Os ións son transportados a través da cavidade do poro central, a cal consiste en dúas grandes rexións. A porción máis externa (é dicir, máis extracelular) do poro está formada polos "bucles P" (a rexión entre S5 e S6) dos catro dominios. Esta rexión é a parte máis estreita do poro e é responsable da súa selectividade aos ións. A porción interna (é dicir, máis citoplásmica) do poro é a porta do poro e está formada pola combinación dos segmentos S5 e S6 dos catro dominios. O dominio do poro tamén presenta túneles laterais ou fenestracións que discorren perpendicularmente ao eixe do poro. Propúxose que estas fenestracións que conectan a cavidade central coa membrana son importantes para a accesibilidade de fármacos.Hille, B. (1977) Local Anesthetics: Hydrophilic and Hydrophobic Pathways for the Drug-Receptor Reaction. The Journal of General Physiology, 69, 497-515. http://dx.doi.org/10.1085/jgp.69.4.497Gamal El-Din, Tamer M., et al. "Fenestrations control resting-state block of a voltage-gated sodium channel." Proceedings of the National Academy of Sciences 115.51 (2018): 13111-13116. https://doi.org/10.1073/pnas.1814928115Tao, Elaine, and Ben Corry. "Characterizing fenestration size in sodium channel subtypes and their accessibility to inhibitors." Biophysical Journal 121.2 (2022): 193-206. https://doi.org/10.1016/j.bpj.2021.12.025
En canles de sodio de mamíferos, a rexión que enlaza os dominios III e IV é tamén importante para a función da canle. Este enlazador DIII-IV é responsable de calzar como unha cuña a porta do poro deixándoa pecahada despois da abertura da canle, inactivándoa.Yan, Zhen, et al. "Structure of the Nav1. 4-β1 complex from electric eel." Cell 170.3 (2017): 470-482. https://doi.org/10.1016/j.cell.2017.06.039
Funcionamento da porta
As canles de Na+ dependentes de voltaxe teñen tres estados conformacionais: pechado, aberto e inactivado. As transicións entres estes estados denomínanse activación/deactivación (entre aberto e pechado, respectivamente), inactivación/reactivación (entre inactivado e aberto, respectivamente), e recuperación da inactivación/inactivación do estado pechado (entre o inactivado e pechado, respectivamente). Os estados pechado e inactivado son impermeables aos ións.
Antes de que ocorra un potencial de acción nunha neurona, a membrana axonal está no seu potencial de repouso normal, uns −70 mV na maioría das neuronas humanas, e as canles de Na+ están no seu estado desactivado, bloqueados no lado extracelular polas súas portas de activación. En resposta a un incremento do potencial de membrana duns −55 mV (neste caso, causado por un potencial de acción), as portas de activación ábrense, permitindo que os ións Na+ cargados positivamente flúan ao interior da neurona a través das canles, e causando que a voltaxe a través da membrana neuronal se incremente a +30 mV en neuronas humanas. Como a voltaxe a través da membrana é inicialmente negativa, xa que a súa voltaxe aumenta a cero e a máis de cero (desde −70 mV no repouso a un máximo de +30 mV), dise que se despolariza. Este incremento de voltaxe constitúe a fase de ascenso do potencial de acción.
Potencial de acción Potencial de membrana Potencial diana Estado diana da porta Estado diana da neurona Repouso −70 mV −55 mV Desactivado → Activado Polarizado Aumento −55 mV 0 mV Activado Polarizado → Despolarizado Aumento 0 mV +30 mV Activado → Inactivado Despolarizado Caída +30 mV 0 mV Inactivado Despolarizado → Repolarizado Caída 0 mV −70 mV Inactivado Repolarizado Disparo curto (undershot) −70 mV −75 mV Inactivado → Desactivado Repolarizado → Hiperpolarizado Rebote −75 mV −70 mV Desactivado Hiperpolarizado → Polarizado
No pico do potencial de acción cando entrou suficiente Na+ na neurona e o potencial de membrana é suficientemente alto, as canles de Na+ inactívanse eles mesmas ao pecharen as súas portas de inactivación. A porta de inactivación pode considerarse como un "tapón" amarrado aos dominios III e IV da subunidade alfa intracelular da canle. O peche da porta de inactivación causa que pare o fluxo de Na+ a través da canle, o cal, á súa vez, causa que o potencial de membrana deixe de aumentar. O peche da porta de inactivación crea un período refractario en cada canle de Na+. Este período refractario elimina a posibilidade de que un potencial de acción se mova en dirección oposta de regreso ao soma neuronal. Coa súa porta de inactivación pechada, a canle dise que está inactivada. Como a canle de Na+ xa non contribúe ao potencial de membrana, o potencial decrece ao seu potencial de repouso a medida que a neurona se despolariza e seguidamente hiperpolarízase ela mesma, e así contribúe á fase de caída do potencial de acción. O período refractario de cada canle é, pois, vital para propagar o potencial de acción unidireccionalmente ao longo dun axón para unha correcta comunicación entre as neuronas.
Cando a voltaxe da membrana é suficientemente baixa, a porta de inactivación reábrese e a porta de activación péchase nun proceso chamado desinactivación. Coa porta de activación pechada e a porta de inactivación aberta, a canle de Na+ está unha vez máis no estado desactivado, e está lista para participar noutro potencial de acción.
Cando calquera tipo de canle iónica non se inactiva a si mesma, dise que está activa persistentemente (ou tonicamente). Algúns tipos de canles ionicas están activas persistentemente de forma natural. Porén, mutacións xenéticas que causan a actividade persistente noutras canles poden causar enfermidades ao crearen unha actividade excesiva de certo tipos de neuronas. As mutacións que interfiren coa inactivación da canle de Na+ poden contribuír a doenzas cardiovasculares ou ataques epilépticos por correntes de ventá, que poden causar que as céluls musculares ou nerviosas queden sobreexcitadas.
Modelo do comportamento das portas O comportamento temporal das canles de Na+ pode ser modelizado por un esquema markoviano ou polo formalismo de tipo Hodgkin–Huxley. No esquema anterior, cada canle ocupa un estado distintivo con ecuacións diferenciais que describen as transicións entre os estados; no último, as canles son tratadas como unha poboación que é afectada por tres variables independentes de funcionamento das portas. Cada unha destas variables pode acadar un valor entre 1 (completamente permeable aos ións) e 0 (completamente non permeable); o produto destes variables dá a porcentaxe de canles condutores.
Impermeabilidade a outros ións O poro das canles de sodio contén un filtro selectivo feito de residuos de aminoácidos cargados negativamente, que atraen o ión Na+ positivo e manteñen fóra ións cargados negativamente como o cloruro. O fluxo de catións nunha parte máis constrinxida do poro que ten unha largura de 0,3 por 0,5 nanómetros, que ten xusto a largura suficiente para permitir que pasen ao través un só ión Na+ cunha molécula de auga asociada. O ión K+, que é mís grande, non pode pasar a través desta área. Os ións de diferentes tamaños tampouco poden interacionar cos residuos de ácido glutámico cargados negativamente que tapizan o poro.
Diversidade As canles de sodio dependentes de voltaxe constan normalmente dunha subunidade alfa que forma o poro de condución do ión e unha ou dúas subunidades beta que teñen varias funcións, incluíndo a modulación do comportamento das portas da canle. A expresión só da subunidade alfa é dabondo para producir unha canle funcional.
Subunidades alfa A familia das canles de sodio comprende 9 membros coñecidos, cunha identidade de aminoácido de >50 % nos segmentos transmembrana e rexións bucle extracelulares. Actualmente existe unha nomenclatura estándar para as canles de sodio utilizada pola IUPHAR.
As proteínas destas canles denomínanse de Nav1.1 a Nav1.9. Os nomes dos xenes denomínanse de SCN1A a SCN5A e despois de SCN8A a SCN11A. O "décimo membro", o Nax, non actúa de maneira dependente de voltaxe. Ten unha estrutura global vagamente similar, pero non se sabe moito da súa función real, á parte de que tamén está asociado con subunidades beta.
As relacións evolutivas probables entre estas canles, baseadas na semellanza das súas secuencias de aminoácidos, móstrase na figura 1. Cada tipo de canle de sodio distínguese non só por diferenzas nas súas secuencias senón tamén pola súa cinética e perfís de expresión. Algúns destes datos resúmense na táboa 1 seguinte.