Analisi dei canali Na voltaggio-dipendenti e loro comportamento

Funzione dei canali Na

I canali Na voltaggio-dipendenti, proprio come i canali K delayedrectifier, sono presenti in tutte le cellule eccitabili, dove partecipano in maniera essenziale alla generazione del AP. Essi hanno una conduttanza di singolo canale di circa 10 pS, ed un potenziale di inversione di circa +60 mV, a causa del fatto che essi sono estremamente selettivi per gli ioni Na rispetto a tutti gli altri ioni fisiologici.

Corrente e inattivazione

Al contrario dei canali K, i canali del Na conducono una corrente negativa nel range dei potenziali di membrana raggiunti fisiologicamente, causata dal flusso degli ioni Na dall’esterno all’interno della cellula. Proprio come i canali DRK, i canali Na possono essere studiati guardando alla corrente macroscopica che essi producono, in condizioni ioniche che impediscono il flusso di ioni attraverso gli altri tipi di canali presenti nella membrana. Vi sono due principali differenze rispetto alle correnti prodotte dai canali K di tipo DRK:

La corrente stimolata dalla depolarizzazione è di segno negativo. Ciò a causa del fatto che i canali Na contribuiscono con una corrente unitaria negativa, cioè che va verso l’interno della cellula.

La corrente, una volta attivata dallo stimolo depolarizzante, decade nuovamente verso lo zero, un processo noto con il nome di inattivazione.

Stati e transizioni

Da un punto di vista cinetico l’inattivazione può essere spiegata assumendo che il canale Na può esistere, oltre che nei vari stati chiusi e aperti, anche in un altro stato funzionalmente chiuso e raggiungibile solo una volta che i canali si sono aperti. Quindi in seguito alla depolarizzazione della membrana i canali Na si aprono, in maniera analoga ai canali DRK, attraversando un certo numero di stati chiusi. Dallo stato aperto, però i canali possono nuovamente finire in un altro tipo di stato non conducente, chiamato stato inattivo Uno stato cinetico che descrive questo comportamento, e che è solitamente utilizzato per descrivere la cinetica dei canali Na voltaggio-dipendenti.

Le caratteristiche fondamentali di questo schema sono le seguenti:

il canale possiede tre stati chiusi connessi in successione, anziché 4 come si verificava per i canali DRK

L’ultimo stato chiuso è connesso ad un unico stato aperto

le costanti di transizione che connettono i vari stati chiusi tra loro e con lo stato aperto sono tutte esprimibili come multipli di due costanti fondamentali, α e β.

le costanti α e β sono voltaggio-dipendenti

All’aumentare di V, ovvero in seguito alla depolarizzazione della membrana, α aumenta e β diminuisce, come si vede dal grafico seguente.

Ciò significa che i canali, all’aumentare di V, tenderanno ad aprirsi.

Oltre agli stati chiusi, il canale Na possiede un altro stato non permeativo, chiamato stato inattivo. Esso è connesso solo allo stato aperto, per cui i canali, per inattivarsi, devono per prima cosa aprirsi. La costante di transizione l che porta da O a I (700 s^-1) è molto più grande della costante di transizione che porta da I a O (10 s^-1). Da ciò se ne deduce che in seguito alla depolarizzazione quasi tutti i canali passeranno dallo stato aperto allo stato inattivo, e ciò spiega il dato sperimentale osservato, ovvero che la corrente, dopo essersi attivata, si riduce a valori vicini allo zero. Queste due costanti di transizione non sono voltaggio-dipendenti.

Simulazione e comportamento

Studiamo ora il comportamento di questi canali facendo una simulazione xpp. Assumiamo che al tempo 0 tutti i canali(in numero NT=1000) si trovano nello stato C1: nC1=1 e nC2=nC3=nO=nI=0.0. Assumiamo inoltre che la conduttanza di singolo canale sia di 10 pS (g=10), che il potenziale di inversione sia di 60 mV (VNa=60) e che la relazione tra corrente e voltaggio sia lineare.