sodiu, potasiu și calciu canale

impulsurile nervoase constau dintr-un val de membrană tranzitorie depolarizare/re-polarizare care traversează celula nervoasă, și este desemnat un potențial de acțiune. După cum am văzut în Capitolul 9, canalele și pompele de sodiu și potasiu, Alan Hodgkin și Andrew Huxley au demonstrat în 1952 că un microelectrod implantat în axonul gigant (procesul lung care emană din corpul unei celule nervoase) al calmarului,3 poate înregistra un astfel de potențial de acțiune (Hodgkin și Huxley, 1952, Fig. 9.1). La pragul de excitație, canalele Na+ încep să se deschidă, urmate de deschiderea ulterioară a canalelor K+. Pe măsură ce intră ionii Na+, ionii K+ părăsesc celula. Rezultatul este că în primul ~0,5 ms, potențialul membranei crește de la potențialul de repaus de aproximativ -60 mV la aproximativ +30 MV. Canalele Na + devin acum refractare și nu mai intră Na+ în celulă, în timp ce K+ continuă să părăsească celula, provocând o repolarizare rapidă, care permite potențialului membranei să depășească potențialul de repaus (hiperpolarizare) înainte de a-și reveni la valoarea inițială. Canalele ionice na+ și K+ cu tensiune de-a lungul membranelor axonale creează potențialele de acțiune (în esență gradienți electrochimici) care permit transferul de informații și reglează, de asemenea, funcția celulară.

neuronii mamiferelor exprimă un repertoriu larg de canale ionice dependente de tensiune (VDICs), care afișează o bogăție de comportamente de ardere pe o gamă largă de stimuli și frecvențe de ardere, asigurând astfel proprietățile electrice intrinseci și procesarea și transmiterea rapidă a semnalelor sinaptice în neuronii mamiferelor. Cele mai multe dintre VDICs sunt selective pentru Na+, K+ și Ca2+ ioni, și acestea sunt situate la site-uri specifice în corpul celulelor neuronale, dendrite și axoni. Plasarea selectivă a tipurilor specifice VDIC în locații precise în neuronii mamiferelor și reglarea lor dinamică prin căi locale de semnalizare permite complexitatea funcției neuronale care stă la baza funcției creierului.

VDIC-urile de potasiu pentru mamifere (canalele Kv) constau din ansambluri tetramerice de șase subunități transmembranare de ordinul centimetrilor, fiecare asociată cu o subunitate auxiliară de ordinul centimetrilor. Genomul uman conține un total de 40 de gene care codifică potasiul kV canal subunități de subunități. Unele dintre aceste gene generează mesaje care sunt supuse unei îmbinări alternative. În creierul mamiferelor, expresia multora dintre aceste subunități ale canalului kV este limitată la neuroni, deși celulele gliale pot exprima un subset al repertoriului neuronal. Canalele Kv au printre cele mai diverse modele de segregare subcelulară. Canalele Kv1 sunt localizate predominant în axoni. Canalele Kv1 se găsesc predominant pe axoni și terminalele nervoase, canalele Kv2 pe corpurile celulare și dendritele, canalele Kv3 în domeniile dendritice sau axonale, în funcție de subunitate și tipul celular, iar canalele Kv4 sunt concentrate în membranele dendritice ale corpului celular.

după cum am văzut în Capitolul 9, canalele și pompele de sodiu și potasiu, canalele de sodiu (canalele Nav) constau dintr – o subunitate de formare a porilor, care este suficientă pentru exprimarea funcțională, asociată cu subunități auxiliare de tip XV, care modifică atât cinetica, cât și dependența de tensiune a închiderii canalelor canalului. Sunt cunoscute nouă izoforme ale canalului Nav de mamifere, dintre care Nav1.1 și Nav1.3 sunt localizate predominant în corpurile celulare neuronale și dendritele proximale, unde controlează excitabilitatea neuronală stabilind pragul pentru inițierea și propagarea potențialului de acțiune în compartimentele dendritice și axonale. Nav1.2 este exprimat predominant în axoni nemielinizați, unde conduce potențiale de acțiune. Nav1.6 se găsește în mod vizibil la nodurile Ranvier, unde propagă potențialele de acțiune și la segmentele inițiale axonice, unde inițiază potențialele de acțiune. Modularea curenților Nav1 este, fără îndoială, importantă in vivo, iar mutațiile care modifică subtil funcția canalului Nav1 pot duce la boli umane de hiperexcitabilitate, cum ar fi epilepsia.

canalele de calciu (canalele Cav) mediază influxul de calciu în celulele neuronale ca răspuns la depolarizarea membranei, mediind o gamă largă de procese intracelulare, cum ar fi activarea enzimelor dependente de calciu, transcripția genelor și exocitoza / secreția neurotransmițătorului. Activitatea lor este o cerință esențială pentru cuplarea semnalelor electrice din membrana plasmatică neuronală cu evenimentele fiziologice din celule. Caracterizarea biochimică a canalelor cav native ale creierului a relevat faptul că, pe lângă subunitatea principală mare de la numărul 1, există și numeroase subunități auxiliare. Subunitatea de subunitate de la clasa A 1-A este cea mai mare și principală subunitate, care conține porul de conducție Ionică, senzorul de tensiune al membranei și aparatul de închidere. Au fost identificate și caracterizate la nivelul sistemului nervos al mamiferelor un număr de subunități diferite de la numărul 1, fiecare cu funcții fiziologice specifice și proprietăți electrofiziologice și farmacologice.