Se han descubierto canales iónicos de voltaje que son selectivamente permeables a cada uno de los principales iones fisiológicos: Na+, K+, Ca2+ y Cl (Figura 4.4A-D). De hecho, se han descubierto muchos genes diferentes para cada tipo de canal iónico activado por voltaje. Por ejemplo, se han identificado 10 genes de canales de Na+ humanos. Este hallazgo fue inesperado porque los canales de Na+ de muchos tipos de células diferentes tienen propiedades funcionales similares, lo que concuerda con su origen en un único gen. Sin embargo, ahora está claro que todos estos genes de canales de Na+ producen proteínas que difieren en su estructura, función y distribución en tejidos específicos. Por ejemplo, además de los canales de Na+ de rápida inactivación descubiertos por Hodgkin y Huxley en el axón del calamar, se ha identificado un canal de Na+ sensible al voltaje que no se inactiva en los axones de los mamíferos. Como cabría esperar, este canal da lugar a potenciales de acción de larga duración y es una de las dianas de anestésicos locales como la benzocaína y la lidocaína.
Otras respuestas eléctricas en las neuronas se deben a la activación de canales de Ca2+ activados por voltaje (Figura 4.4B). En algunas neuronas, los canales de Ca2+ activados por voltaje dan lugar a potenciales de acción de forma muy similar a los canales de Na+ sensibles al voltaje. En muchas otras neuronas, los canales de Ca2+ pueden controlar la forma de los potenciales de acción generados principalmente por los cambios de conductancia del Na+. Al afectar a las concentraciones intracelulares de Ca2+, la actividad de los canales de Ca2+ regula una enorme variedad de procesos bioquímicos dentro de las células (véase el capítulo 8). Quizá el más importante de los procesos regulados por los canales de Ca2+ sensibles al voltaje sea la liberación de neurotransmisores en las sinapsis (véase el capítulo 5). Dadas estas funciones cruciales, quizá no sea sorprendente que se hayan identificado 16 genes diferentes de canales de Ca2+. Al igual que los canales de Na+, los distintos canales de Ca2+ difieren en sus propiedades de activación e inactivación, lo que permite variaciones sutiles en los procesos de señalización eléctrica y química mediados por el Ca2+. Como resultado, los fármacos que bloquean los canales de Ca2+ activados por voltaje son especialmente valiosos para tratar una serie de afecciones que van desde las enfermedades cardíacas hasta los trastornos de ansiedad.
La clase más grande y diversa de canales iónicos activados por voltaje son los canales de K+ (Figura 4.4C). Actualmente se conocen casi 100 genes de canales de K+, que se dividen en varios grupos distintos que difieren sustancialmente en sus propiedades de activación (Figura 4.5). Algunos tardan minutos en inactivarse, como en el caso de los canales de K+ de los axones de calamar estudiados por Hodgkin y Huxley. Otros se inactivan en milisegundos, como es el caso de la mayoría de los canales de Na+ activados por voltaje. Estas propiedades influyen en la duración y la tasa de disparo del potencial de acción, con importantes consecuencias para la conducción axonal y la transmisión sináptica. Quizás la función más importante de los canales de K+ es el papel que desempeñan en la generación del potencial de membrana en reposo (véase el capítulo 2). Al menos dos familias de canales de K+ que se abren a potenciales de membrana hiperpolarizados contribuyen a establecer el potencial de membrana en reposo.
Figura 4.5
Diversas propiedades de los canales de K+. Se expresaron diferentes tipos de canales de K+ en oocitos de Xenopus (véase el recuadro B), y se utilizó el método de pinza de voltaje para cambiar el potencial de membrana (arriba) y medir las corrientes resultantes que fluyen a través de cada tipo (más…)