Canais de iões por voltagem que são selectivamente permeáveis a cada um dos principais iões fisiológicos -Na+, K+, Ca2+, e Cl– foram agora descobertos (Figura 4.4A-D). De facto, muitos genes diferentes foram descobertos para cada tipo de canal de iões de tensão. Por exemplo, foram identificados 10 genes humanos de canais de Na+. Esta descoberta foi inesperada porque os canais de Na+ de muitos tipos diferentes de células têm propriedades funcionais semelhantes, consistentes com a sua origem a partir de um único gene. É agora claro, contudo, que todos estes genes de canais de Na+ produzem proteínas que diferem na sua estrutura, função, e distribuição em tecidos específicos. Por exemplo, para além dos canais de Na+ rapidamente inactivados descobertos por Hodgkin e Huxley no axónio lula, foi identificado um canal de Na+ sensível à tensão que não é inactivado em axónios de mamíferos. Como seria de esperar, este canal dá origem a potenciais de acção de longa duração e é um dos alvos de anestésicos locais como a benzocaína e a lidocaína.
Outras respostas eléctricas nos neurónios são devidas à activação de canais Ca2+ de tensão (Figura 4.4B). Em alguns neurónios, os canais de Ca2+ em forma de Ca2+ em forma de voltagem dão origem a potenciais de acção da mesma forma que os canais de Na+ sensíveis à voltagem. Em muitos outros neurónios, os canais de Ca2+ podem controlar a forma dos potenciais de acção gerados principalmente pelas mudanças de condutância de Na+. Ao afectar as concentrações intracelulares de Ca2+, a actividade dos canais de Ca2+ regula uma enorme gama de processos bioquímicos dentro das células (ver Capítulo 8). Talvez o mais importante dos processos regulados pelos canais de Ca2+ sensíveis à tensão seja a libertação de neurotransmissores nas sinapses (ver Capítulo 5). Dadas estas funções cruciais, talvez não seja surpreendente que tenham sido identificados 16 genes diferentes de canais de Ca2+. Tal como os canais Na+, diferentes canais de Ca2+ diferem nas suas propriedades de activação e inactivação, permitindo variações subtis nos processos de sinalização eléctrica e química mediados por Ca2+. Como resultado, os medicamentos que bloqueiam os canais de Ca2+ em tensão são especialmente valiosos no tratamento de uma variedade de condições que vão desde doenças cardíacas a distúrbios de ansiedade.
A maior e mais diversa classe de canais de iões em tensão são os canais K+ (Figura 4.4C). São agora conhecidos quase 100 genes de canais K+, e estes dividem-se em vários grupos distintos que diferem substancialmente nas suas propriedades de alimentação (Figura 4.5). Alguns demoram minutos a desactivar, como no caso dos canais axão lula K+ estudados por Hodgkin e Huxley. Outros inactivam em milissegundos, como é típico da maioria dos canais de Na+ em tensão. Estas propriedades influenciam a duração e a taxa de acção potencial da queima, com importantes consequências para a condução axonal e transmissão sináptica. Talvez a função mais importante dos canais K+ seja o papel que desempenham na geração do potencial de membrana de repouso (ver Capítulo 2). Pelo menos duas famílias de canais K+ que estão abertos a potenciais de membrana hiperpolarizados contribuem para definir o potencial de membrana em repouso.
Figure 4.5
Propriedades de distribuição dos canais K+. Diferentes tipos de canais K+ foram expressos em oócitos Xenopus (ver Caixa B), e o método da pinça de tensão foi utilizado para alterar o potencial da membrana (topo) e medir as correntes resultantes fluindo através de cada tipo (mais…)
Finalmente, foram também identificados vários tipos de canais Cl- em tensão (ver Figura 4.4D). Estes canais estão presentes em cada tipo de neurónio, onde controlam a excitabilidade, contribuem para o potencial da membrana de repouso, e ajudam a regular o volume da célula.