Concetti Chiave
- I canali ionici voltaggio-dipendenti presentano un fenomeno di inattivazione, in cui si chiudono rapidamente dopo un'apertura iniziale durante la depolarizzazione, rimanendo non conducibili.
- Oltre agli stati chiuso e aperto, i canali ionici hanno uno stato inattivo, che è non conducente e richiede la ripolarizzazione per tornare allo stato chiuso.
- La localizzazione del dominio di inattivazione nei canali è stata identificata come intracellulare, poiché la pronasi agisce sul lato intracellulare per bloccare l'inattivazione.
- Esperimenti sul canale K Shaker hanno dimostrato che la delezione degli ultimi 20 aminoacidi N-terminali impedisce l'inattivazione, evidenziando il loro ruolo cruciale nel processo.
- Il dominio di inattivazione si lega all'interno del poro permeativo del canale una volta aperto, bloccando così il passaggio degli ioni durante il fenomeno di inattivazione.
Inattivazione dei canali ionici
Alcuni tipi di canali ionici voltaggio-dipendenti, quando sottoposti a un pulso depolarizzante prolungato, restano aperti solo per un breve periodo di tempo, per poi tornare in uno stato non permeativo, nonostante la depolarizzazione perduri. Questo fenomeno, chiamato inattivazione, si ritrova a esempio nei canali Na voltaggio-dipendenti e in alcuni tipi di canali K voltaggio-dipendenti. Si vede che in seguito alla depolarizzazione il canale si apre, ma resta aperto solo per alcuni millisecondi, per poi tornare a essere non conducente. In tale stato il canale rimarrà per tutta la durata della depolarizzazione.
Stati cinetici dei canali
Oltre allo stato chiuso e lo stato aperto, di cui si è parlato nei precedenti paragrafi, questi canali possiedono anche un terzo stato cinetico, chiamato stato inattivo, in cui i canali vanno dopo essersi aperti. Lo stato inattivo è apparentemente indistinguibile dallo stato chiuso, essendo entrambi stati non conducenti. Esistono però rilevanti differenze nel comportamento dei due stati. Dallo schema appare evidente che il processo di inattivazione a potenziali di membrana depolarizzati è essenzialmente irreversibile, e il ritorno dei canali allo stato chiuso richiede la ripolarizzazione della membrana.
Localizzazione del dominio di inattivazione
Una prima informazione riguardante la localizzazione delle strutture rilevanti per il processo di inattivazione fu ottenuta negli anni settanta, molto prima di conoscere la struttura primaria dei canali ionici. Se si sottopone il lato intracellulare di un canale inattivante all’azione della pronasi, una miscela di enzimi proteolitici, il processo di inattivazione scompare. Al contrario se la pronasi viene fatta agire sul lato extracellulare del canale, il processo di inattivazione permane invariato. Questi risultati suggerirono che il dominio proteico rilevante per il processo di inattivazione risiede nella parte intracellulare del canale.
Esperimenti sul canale Shaker
Ciò fu in seguito confermato da esperimenti di biologia molecolare, condotti sul canale K inattivante Shaker. Infatti la delezione della porzione del gene che codifica per gli ultimi 20 aminoacidi N-terminali della proteina produce canali non inattivanti. Inoltre se un peptide corrispondente alla parte deleta viene aggiunto nel lato intracellulare, il canale mutato (non inattivante) riacquista il fenomeno di inattivazione. Questi dati indicano che il dominio di inattivazione del canale Shaker è formato dagli ultimi 20 aminoacidi della porzione N-terminale della proteina, localizzati sul lato intracellulare della membrana. Una volta che il canale si apre, questo dominio va a legarsi in una zona all’interno del poro permeativo, impedendo in questo modo il passaggio degli ioni.
Domande da interrogazione
- Qual è il fenomeno dell'inattivazione nei canali ionici voltaggio-dipendenti?
- Quali sono gli stati cinetici dei canali ionici?
- Dove si trova il dominio di inattivazione nei canali ionici?
- Cosa rivelano gli esperimenti sul canale K Shaker riguardo all'inattivazione?
L'inattivazione è un fenomeno in cui alcuni canali ionici, come i canali Na e K voltaggio-dipendenti, rimangono aperti solo per un breve periodo durante una depolarizzazione prolungata, tornando poi a uno stato non permeativo nonostante la depolarizzazione continui.
I canali ionici presentano tre stati cinetici: chiuso, aperto e inattivo. Lo stato inattivo, che segue l'apertura del canale, è non conducente e indistinguibile dallo stato chiuso, ma il ritorno allo stato chiuso richiede la ripolarizzazione della membrana.
Il dominio proteico responsabile dell'inattivazione si trova nella parte intracellulare del canale, come suggerito da esperimenti con la pronasi, che ha dimostrato che l'inattivazione scompare quando agisce sul lato intracellulare.
Gli esperimenti sul canale K Shaker hanno mostrato che la delezione degli ultimi 20 aminoacidi N-terminali della proteina porta a canali non inattivanti, mentre l'aggiunta di un peptide corrispondente ripristina l'inattivazione, indicando che il dominio di inattivazione è localizzato nella porzione N-terminale intracellulare.
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