El estudio proporciona información innovadora sobre el paso de iones de sodio a través de los canales de potasio.


La selectividad iónica es una propiedad importante de los canales iónicos de la membrana celular. Por ejemplo, los canales de iones de potasio son más permeables a los iones de potasio que a los de sodio. El mecanismo subyacente al rápido paso de iones de potasio más grandes en comparación con los iones de sodio más pequeños sigue siendo difícil de alcanzar. En un nuevo estudio, los científicos muestran que los canales de potasio no son tan selectivos como se pensaba. El estudio demuestra, por primera vez, que los iones de sodio pueden atravesar los canales de potasio, aunque lentamente.

El estudio proporciona información innovadora sobre el paso de iones de sodio a través de los canales de potasio.

Las membranas celulares contienen canales que permiten selectivamente que los iones entren o salgan de la célula. En un artículo publicado recientemente, investigadores de la Universidad de Fukui y la Universidad de Kanazawa proporcionan nueva información que revisa la comprensión tradicional de cuán selectivos son realmente estos canales. Crédito de la imagen: Universidad de Fukui

Las membranas celulares de todos los organismos contienen canales iónicos que permiten que los iones entren o salgan de la célula, y estos canales juegan un papel extremadamente importante en procesos fisiológicos fundamentales como los latidos del corazón y la conducción rápida de señales a lo largo de las neuronas. Una propiedad importante de estos canales iónicos es su conductividad selectiva: permiten selectivamente el paso de iones particulares. Por ejemplo, los canales de potasio permiten más fácilmente el paso de iones de potasio que el paso de iones de sodio, a pesar de que los iones de potasio son más grandes.

Actualmente, los mecanismos subyacentes a la alta selectividad de los canales iónicos celulares siguen sin estar claros.

La selectividad iónica plantea una cuestión fundamental para comprender el funcionamiento de las proteínas de los canales “.

Shigetoshi Oiki, Profesor, Universidad de Fukui

Ahora, gracias a los esfuerzos conjuntos de un equipo de investigadores de la Universidad de Fukui y la Universidad de Kanazawa, dirigido por el Prof. Oiki, la comunidad científica está un paso más cerca de comprender esos mecanismos. En un estudio que pronto se publicará en la prestigiosa revista Proceedings of the National Academy of Sciences de los Estados Unidos de América, los científicos brindan información innovadora sobre el paso de los iones de sodio a través de los canales de potasio. Sus resultados desafían la suposición de larga data de la estricta selectividad de los canales de iones de potasio, ¡e incluso pueden provocar cambios en los conceptos científicos básicos que se enseñan a nivel universitario!

Para obtener información empírica sobre el paso de los iones de sodio a través de los canales de iones de potasio, los investigadores realizaron experimentos con una membrana celular artificial que contenía un tipo de canal de iones de potasio llamado KcsA que permite que los iones de potasio intracelulares salgan de la célula. Al analizar las corrientes eléctricas a través del canal, los investigadores confirmaron que los iones de sodio podrían pasar a través del canal. La mayoría de los libros de texto de biología afirman que los canales de potasio son diez mil veces más permeables a los iones de potasio que a los iones de sodio, pero los resultados experimentales demostraron que la conductancia de los iones de sodio a través de un solo canal era una octava parte de la de los iones de potasio. Esto indica que los científicos han sobrestimado drásticamente la selectividad del canal.

Luego, los investigadores trabajaron con simulaciones por computadora del canal de iones de potasio KcsA para obtener información sobre el mecanismo de cómo los iones de potasio y sodio se movían a través del canal. Como se esperaba, sus modelos mostraron que múltiples iones de potasio podrían atravesar fácilmente el canal juntos a través de una ruta recta. Sin embargo, en el caso de los iones de sodio, los modelos revelaron un pasaje enrevesado, con iones de sodio tomando una ruta tortuosa y difícil llena de lugares donde podrían quedar atrapados temporalmente y eludir muy lentamente. Estos resultados de simulación ayudan a explicar por qué los iones de potasio atraviesan el canal cien veces más fácilmente que los iones de sodio.

Los hallazgos del equipo hacen más que simplemente aclarar los detalles de cómo funcionan los canales iónicos de la membrana celular.

Refutamos las suposiciones estáticas de la selectividad estricta del canal de iones de potasio. Nuestro estudio demostró la permeación de iones de sodio a través de un canal de iones de potasio y su mecanismo atomístico por primera vez “.

Shigetoshi Oiki

Además, los hallazgos del equipo pueden incluso tener implicaciones importantes para la investigación médica debido a la existencia de trastornos de los canales iónicos, también conocidos como “canalopatías”, que afectan a millones de personas en todo el mundo.

Con el tiempo, los hallazgos “canalizarán” la investigación en direcciones nuevas y emocionantes, con importantes ramificaciones tanto para nuestra comprensión de la biología básica como para nuestra capacidad para tratar diversas enfermedades.

Fuente:

Referencia de la revista:

Mita, K., et al. (2021) Conductancia selectiva de Na + a través del canal de K + a través de Na + atrapado en una trayectoria tortuosa. PNAS. doi.org/10.1073/pnas.2017168118.

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