Concetti Chiave
- La relazione GHK non descrive accuratamente il meccanismo di permeazione ionica nei canali ionici, soprattutto ad alte concentrazioni di ioni.
- Esperimenti mostrano che la corrente di singolo canale satura a concentrazioni elevate di ioni, contraddicendo l'ipotesi di linearità della relazione GHK.
- L'equazione di Michaelis-Menten descrive meglio la relazione tra corrente e concentrazione ionica, utilizzando concetti come imax e la costante di Michaelis-Menten.
- Il fenomeno di saturazione è attribuito all'interazione degli ioni con i residui aminoacidici del poro, non spiegato dalla teoria dell’elettrodiffusione.
- Il modello cinetico rappresenta la permeazione ionica come una reazione a tre stati, con siti di legame che stabilizzano gli ioni all'interno del canale.
Indice
Incongruenze della relazione GHK
Come abbiamo già detto, la relazione GHK, sebbene utile per descrivere e parametrizzare i dati di permeazione, non descrive accuratamente il meccanismo di permeazione ionica attraverso i canali ionici, a causa della inapplicabilità delle assunzioni fatte per ricavarla. Una prima incongruenza della relazione GHK si osserva quando si innalza molto la concentrazione dello ione permeante ai lati del canale.
Saturazione della corrente ionica
Sebbene l’equivalenza preveda una relazione lineare tra corrente di singolo canale e concentrazione di ione permeante, sperimentalmente si osserva che per concentrazioni di ione permeante molto alte la corrente di singolo canale satura, raggiunge cioè un valore massimo nonostante ulteriori incrementi di concentrazione.
Teoria di Michaelis-Menten
Sperimentalmente si osserva che le relazioni corrente-concentrazione ionica sono sempre ben descritte dalla seguente equazione di Michaelis-Menten, la stessa usata per descrivere l’attività di un enzima in funzione della concentrazione del suo substrato:
dove imax rappresenta la corrente di singolo canale osservata a alte concentrazioni di ione permeante, è la concentrazione di ione permeante, e K è la costante di Michaelis-Menten. Questa costante rappresenta la concentrazione di ione permeante alla quale la corrente di singolo canale è la metà di quella massima raggiungibile.
Teoria di Michaelis-Menten applicata alla permeazione
Interazione degli ioni con il canale
La teoria dell’elettrodiffusione non è in grado di spiegare il fenomeno della saturazione della corrente di singolo canale ad alte concentrazioni di ione permeante. Gli studi a questo proposito sembrano indicare che questo fenomeno sia principalmente dovuto al fatto che lo ione permeante in realtà interagisce con i residui aminoacidici che circondano e delimitano il poro, invalidando quindi l’assunzione 4) esposta in precedenza. In questo modello cinetico la permeazione degli ioni attraverso il canale è descritta come una reazione a tre stati, due dei quali rappresentano lo ione presente nei lati intracellulare e extracellulare del canale, e il terzo rappresentato invece dallo ione legato a un ipotetico sito di legame all’interno del canale. Così, durante la permeazione, lo ione interagisce con veri e propri siti di legame che lo stabilizzano all’interno del poro. Il profilo presenta tre buche energetiche, corrispondenti ai tre stati cinetici appena descritti, e due massimi energetici (che separano le tre buche), che rappresentano gli stati di transizione per l’entrata e l’uscita dello ione dal canale, e la cui altezza determinerà i valori delle costanti di velocità che interconnettono i tre stati.
Domande da interrogazione
- Qual è una delle principali incongruenze della relazione GHK nella descrizione della permeazione ionica?
- Come viene descritta sperimentalmente la relazione corrente-concentrazione ionica?
- Qual è il modello cinetico proposto per spiegare la permeazione ionica attraverso i canali?
Una delle principali incongruenze della relazione GHK è che prevede una relazione lineare tra corrente di singolo canale e concentrazione di ione permeante, mentre sperimentalmente si osserva che la corrente satura a concentrazioni molto alte di ione permeante.
Sperimentalmente, la relazione corrente-concentrazione ionica è ben descritta dall'equazione di Michaelis-Menten, che prevede una saturazione della corrente a concentrazioni elevate di ione permeante.
Il modello cinetico proposto descrive la permeazione ionica come una reazione a tre stati, con lo ione che interagisce con siti di legame all'interno del canale, stabilizzandosi in tre buche energetiche separate da massimi energetici che rappresentano gli stati di transizione.
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