Quiero agregar un suplemento a la gran respuesta de Suzanka Bett.
En primer lugar, esta es una gran pregunta; los canales iónicos son sumamente elegantes. Este es también un campo de investigación en curso, hay muchas teorías pero ninguna prueba concluyente todavía. La diferencia de tamaño entre [matemáticas] Na ^ {+} [/ math] y [math] K ^ {+} [/ math] es una de esas teorías (hay un poco más sobre esto). Escribo para ofrecer algunas ideas mecanicistas, más específicamente:
- ¿Cuál es exactamente el proceso de selección de iones y cómo se logra esto? es decir, la diferencia en el radio de Pauling entre [matemáticas] Na ^ {+} [/ math] y [math] K ^ {+} [/ math] es 0.38 [math] \ AA [/ math], ¿qué características debe tener el canal? para distinguir uno de otro.
Figura 1: tamaños relativos de algunos iones, desde: filtros de poros y selectividad
Nota: esta publicación está limitada a los canales con voltaje controlado
- Selectividad de los canales de sodio
La selectividad de los canales [math] Na ^ {+} [/ math] sigue siendo esquiva, y estos canales no están tan bien estudiados como los canales [math] K ^ {+} [/ math].
- [math] Na ^ {+} [/ math] los iones pasan a través de los canales de sodio regulados por voltaje (Nav) en un estado hidratado o parcialmente deshidratado (se argumenta en gran medida que los iones de sodio pasan a través de un estado hidratado), dependiendo de la dimensión de el poro (La permeabilidad del canal de sodio a la orga … [J Gen Physiol. 1971])
- Los sitios de unión de iones del canal se denominan filtro de selectividad (SF).
- En los canales de navegación de mamíferos, hay dos anillos de filtros de selectividad. (Modelo molecular de la acción potencial … [Proc Natl Acad Sci US A. 1986])
- El anillo exterior consta de 4 residuos cargados (EEDD o EEMD), y se sabe que juega un papel pequeño en la “selectividad iónica”. (Carga en el residuo del sitio de unión de lidocaína Phe-1 … [J Physiol. 2007])
- El anillo interno se compone de residuos altamente conservados (DEKA). Y este anillo interno tiene la hipótesis de jugar un papel más importante en la selectividad de iones. (Sobre la base estructural de la selectividad iónica amon … [Biophys J. 1996])
- Como era de esperar, ha habido muchos estudios que exploran la selectividad de iones de sodio, mediante la mutación de residuos en el filtro de selectividad. (Análisis del filtro de selectividad del canal de sodio regulado por voltaje NavRh)
- Los estudios demuestran que la mutación de K de DEKA da como resultado la permeabilidad a los iones de calcio y potasio. Y la mutación de DEKA a EEEE hace que el canal sea selectivo hacia el calcio. Características del canal de calcio conferidas al sodi … [Naturaleza. 1992] (ahora, ¿eso es genial o es genial?)
- Se sabe que la unión del ion sodio implica interacciones dinámicas con a) agua yb) residuos proteicos.
- Un estudio que examina la selectividad de [math] Na ^ {+} [/ math] plantea la hipótesis de que la distinción entre iones de sodio y potasio es una combinación de (a) revestimiento de poros o el filtro de selectividad y (b) el tamaño de poros en el plano de el filtro de selectividad (Mecanismo de permeación y selectividad de iones en un canal de sodio con voltaje controlado)
- Aunque [math] K ^ {+} [/ math] puede caber a través del poro, con una capa de hidratación completa, no puede hacerlo en el plano del filtro de selectividad, debido a los residuos con carga negativa (DE de DEKA).
Figura 2: (A) [matemáticas] K ^ {+} [/ math] puede caber a través del poro (B) [matemáticas] K ^ {+} [/ math] no puede caber a través del poro cuando D o E es presente. (C) [matemáticas] Na ^ {+} [/ math] se adapta cómodamente a través del poro debido a su tamaño más pequeño. Imagen de: Mecanismo de permeación iónica y selectividad en un canal de sodio con voltaje controlado
¿Cómo afecta un cambio en el nivel de potasio el funcionamiento adecuado de los riñones?
- Por lo tanto, la disposición geométrica de iones, revestimiento de poros y agua, influye en la selectividad iónica.
- Selectividad de los canales de potasio
Los canales de potasio han sido más ampliamente estudiados. El grupo de Roderick MacKinnon determinó la estructura tridimensional de los canales de potasio (conservación estructural en procariotas y eucariotas … [Science, 1998]) y pudo explicar la selectividad de estos canales con experimentos bioquímicos. (La estructura del canal de potasio: molecular ba … [Science, 1998]). De nuevo, esto es solo una teoría / hipótesis y no una prueba concluyente.
- El filtro de selectividad en los canales de potasio se caracteriza por una secuencia conservada, TVGYG. (Página en nature.com)
- Esta secuencia está presente en la parte más restringida de la vía.
- Debido a la constricción, los iones deben ser despojados de las moléculas de agua antes de ingresar al canal.
- En el canal, los residuos del filtro de selectividad reemplazan las moléculas de agua con átomos de oxígeno polares.
Figura 3: Canal de potasio que muestra la secuencia conservada y los iones de potasio, de: RCSB PDB-101
- El sodio, por otro lado, es un átomo más pequeño, pero tiene una mayor energía de hidratación, es decir, es más difícil extraer las aguas de sodio:
Figura 4: Comparación de sodio y potasio, de: Page en caltech.edu
- Por lo tanto, el canal está alineado por átomos de carbonilo del filtro de selectividad, y está limitado geométricamente de modo que solo un K ^ {+} [/ math] deshidratado se ajusta con la coordinación apropiada, pero el [matemático Na ^ {+} [ / math] es muy pequeño. Además, el enlace [math] Na ^ {+} [/ math] es termodinámicamente desfavorable. (Página en nih.gov)
