canalul ionic pentru calciu Şi mecanismele biofizice ale unor canalopatii În relaţie cu acesta

7/21/2019 Canalul Ionic Pentru Calciu i Mecanismele Biofizice Ale Unor Canalopatii n Relaie Cu Acesta

1/10

Canalul ionic pentru calciu i mecanismele biofzice ale

unor canalopatii n relaie cu acesta

Clasificarea canalelor ionice

Canalele ionice sunt proteine moleculare celulare care formeaza pori de-a lungul membranei

celulare.Canalele prezint bariere de permeabilitate i de selectivitate, unele din ele operate chimic

sauelectric.Aceste structuri proteice regleaza fluxul electronic al diferitilor ioni: sodiu (a!", potasiu

(#!",calciu (Ca!!" sau clor (Cl-", prin deschiderea si inchiderea porilor. $iecare canal ionic este

selectiv, permitand de obicei unui singur tip de ioni sa-l traverseze. Canalele ionice sunt prezente in

membranatuturor celulelor. %le &oaca un rol central in fiziologia celululor excitabile cum sunt

neuronii.Canalele sunt facilitatori ai difuziei, neinfluentand sensul de trecere a ionilor,dictat doar de

diferenta de potential electrochimic al ionului respectiv(suma a diferentelor de concentratie si camp

electric".'n canal nu poate transporta ioni impotriva acestui gradient,rol detinut de pompele ionice.unt

cunoscute cca )* de tipuri de canale ionice care general se pot clasifica in doua

categorii:canale pasive,caz in care controlul circulatiei ionilor se realizeaza doar prin dimensiunea porilor

in raport cu aleionilor(ex de dimensiuni caracteristice pt ionii care circula prin membrana +,)A#

! si Cl- /,)Aa!0,)ACa+!" si canale active, la care controlul se realizeaza prin modificari ale

formei si dimensiunii canalelor, provocate de cele mai multe ori prin procedee electrice si chimice( canale

controlate in tensiune prin valoarea diferentei de potential dintre fetele membranei si canale controlate

chimic prin mediatorichimici de tipul acetilcolinei si acidului gama-aminobutiric."1rincipiul lor

de functionare este simplu:cand canalul se deschide ionii specifici trec in sensul gradientului

electrochimic.2aca acest gradient se anuleaza , miscarea fluxurilor ionice inceteaza, iar daca el se

inverseaza miscarease inverseaza. Canalele nu pot efectua transport impotriva acestui gradient si sunt deci

responsabile de difuzia facilitata.

3ariabilitatea extraordinar a formelor de via4 i diversitatea modurilor de interac4iune cu mediul

exterior sunt reflectate 5n multitudinea de canale ionice aprute i conservate 5n decursul filogenezei.

1str6nd elementele care asigurselectivitatea, factor primordial 5n generarea concentra4iilor asimetrice

de electroli4i i poten4ialului transmembranar, evolu4ia adaug pe r6nd noi domenii func4ionale ce confer

sensibilitateala stimuli, exprimat 5n variantele de gating i modulare discutate anterior. Aceste dou

propriet4i esen4iale,permeaiai gatingul, permit construirea unei matrici bidimensionale de clasificare,

5n care distingem canale nonselective, slab selective (de exemplu, anionice sau cationice" i 5nalt selective

(canale de a!, #!, Ca+!", canale activate de volta& (indice v sau 37C 8 voltage-operated channels" i


2/10

activate de ligand (97C 8 receptor-operated channels" plus clasele speciale mechanosensitive i

thermosensitive.

Clonarea i analiza genetic introduce o nou dimensiune 5n clasificare, permi46ndu-ne s

urmrim apari4ia i diversificarea tipurilor fundamentale, regiunile 5nalt conservate i cele hipervariabile.

1e msur ce screeningul genoamelor diferitelor specii avanseaz, tabloul devine din ce 5n ce maicomplet.

eoriile actuale asupra originii vie4ii sunt focalizate asupra apari4iei agregatelor moleculare cu propriet4i

de cataliz 5ncruciat, ceea ce permite segregarea i conservarea compozi4iei la nivelul micelelor

fosfolipidice 8 teoria matricelor lipidice (;ancet < egre". %volu4ia ansamblurilor lipidice spre membrane

duce la apari4ia mediului intern 8 recunoscut de Claude =ernard (le millieu interieur", care permite

homeostazia 8 form de echilibru dinamic caracteristic sistemelor deschise. >ediul intern deschide


3/10

posibilitatea conservrii informa4iei structurale sub forma secven4elor de acizi nucleici i ulterior cuplarea

cu sinteza proteinelor (teoria hiperciclului 8 %igen". Apari4ia mecanismelor de corec4ie a erorilor de

transcriere a dus la o amplificare extraordinar a cantit4ii de informa4ie, permi46nd apari4ia diversit4ii

prin duplicarea genelor i binecunoscutul mecanism de muta4ie-selec4ie 5ntrevzut de 2ar?in i >endel.

Canalele de Ca+! sunt dificil de 5nregistrat, datorit amplitudinilor mai mici ale curen4ilor.#ost@u et al. (BDD" realizeaz primele 5nregistrri ?hole-cell ale curen4ilor din neuroni ganglionari de

melc, 5n absen4a a!i cu Cs!i %A 5n pipet pentru a bloca curen4ii de #!. Curen4ii de Ca+!se activeaz

maxim la E B* m3. 1oten4ialul de reversie este greu de calculat, deoarece Ca +! intracelular este foarte

sczut (B*-D> comparativ cu B*-0> la exterior, deciECaB+) m3", 5ns frecvent valorile msurate sunt

mai mici datorit altor curen4i de out?ard. 7 proprietate interesant a curen4ilor de Ca+! este

selfinactivarea datorit acumulrii Ca+!intracelular. %a poate fi 5nlturat prin 5nlocuirea Ca +!cu =a+!. Fi

alte canale de Ca+! sunt modulate direct de Ca+! intracelular: #(Ca" sau Cl(Ca" (5n afara reglrii

metabolice prin 1#C, 1# Ca+!GCa>-dependente, calcineurin".

Au fost descrise dou tipuri de canale de calciu (sien, ilius":

- tipul (transient, tin@, lo?-threshold, fast, inactivating, $2-fast deactivating, t@pe H, ;3A-lo?

voltage activated"

- tipul ; (lasting, large, high-threshold, slo?, lasting, 2-slo? deactivating, t@pe HH, I3A-high voltage

activated".

Jn neuroni exist un al treilea tip numit . B, 0 dih@drop@ridinele sunt blocan4i ai canalelor ;3A. %le

sunt liposolubile i au o structur similar anestezicelor locale. Jntruc6t i canalele de Ca+!au o structur

similar celor de a!, s-a presupus c mecanismul de ac4iune este acelai: ptrunderea 5n vestibulul interni blocarea dependent de volta&. 'n model experimental de succes l-a reprezentat analogul nifedipinei

=AK # LM00 (produs la Colegiul de >edicin al 'niversit4ii =a@lor din exas", care intr 5n vestibul

stabiliz6nd starea deschis a canalelor.

Canalele de #!prezint o diversitate i mai mare de structuri i func4ii. Jn neuroni ele particip la

stabilirea poten4ialului de repaus i la modularea repolarizrii i a generrii de poten4iale de ac4iune

repetitive (firing". ipul clasic descris de Iodgin < Iuxle@ a primit denumirea de delayed rectifier,

datorit activrii 5nt6rziate la depolarizare i favorizrii curen4ilor de out?ard. 'n alt curent de #!,

prezent numai 5n soma neuronal, nu i 5n axoni, este curentul tranzient de tip A, cu inactivare rapid,asemntor curentului de a!. 9olul su este de a 5ncetini depolarizarea membranei, modul6nd rata de

firing axonii doar conduc impulsurile nervoase, acestea fiind generate la nivelul conului axonal. 'n rol

asemntor 5l au canalele de #! dependente de Ca+!. Clasic distingem dou categorii: cele de mare

conductan4 (=#", blocabile de char@bdotoxin (extras din veninul unui scorpion", i cele de mic

conductan4 (#", blocabile de apamin (extras din venin de albin". Jntruc6t activitatea canalelor =#


4/10

este uor de 5nregistrat, ele au fost intensiv studiate prin metoda patch clamp. tudierea fenomenului de

post-hiperpolarizare neuronal (after-hyperpolarization- AI1" a eviden4iat dou componente cinetice

distincte: o component lent, blocabil de apamin sau Cd+!, datorat #, i o component rapid,

datorat unor canale de #!de tip inward rectifiers.

'n curent cu o comportare invers f4 de IA, adic activat de hiperpolarizare, a fost descris 5ncelulele cu activitate repetitiv (pace-maer", primind diferite nume:

-Ih h@perpolarization-activated current

-If funn@

-IN Oueer

-IA9 anomalous rectifier (#atz B0".

%l este mai pu4in selectiv (canalele sunt permeabile pentru cationii monovalen4i - a ! i #!", i se

activeaz la poten4iale negative (-L* P -B** m3", adic 5n timpul hiperpolarizrii dup un poten4ial de

ac4iune. %l este activat de receptorii -adrenergici, cu cinetici diferite 5n inim i neuroni. Jn activitatea de

pace-maer a celulelor miocardice intervin patru curen4i:

- I#, prin canale delayed rectifier, genereaz AI1

- Ih, cu rol predominant dup stimularea simpatic

- ICa

- un posibil curent de a!de tip bacground.


5/10

Canalele de Ca+! volta&-dependente au fost descrise pentru prima dat de ctre $att, 1. i

Qinsborg, =. ;. 5n B)L, 5n fibra muscular de crab. Cercetri ulterioare, au demonstrat prezen4a

acestor canale 5n toate celulele excitabile (Iagi?ara, BL/". 1entru multe tipuri de celule canalele de

Ca+! reprezint principala component a generrii poten4ialului de ac4iune, cum este 5n cazul fibrei

musculare la organismele nevertebrate, a fibrei muchiului neted i a ma&orit4ii celulelor glandulare,la vertebrate.

2e o importan4 deosebit pentru reglarea contractibilit4ii fibrei miocardice sunt canalele de

Ca+! de la nivelul sarcolemei i a reticulului sarcoplasmic din aceste celule.

2istribu4ia canalelor de Ca+! volta&-dependente la nivelul celulelor nervoase este mult mai

redus, 5n compara4ie cu canale de a! 5n medie, densitatea canalelor de calciu nu depete valoarea

de B**GRm+, fiind de aproape cinci ori mai mic dec6t cea a canalelor de sodiu. Jn aceiai termeni de

compara4ie, o deosebire i mai mare este 5ntre fluxul ionic per canal 8 BL**** de ioni de Ca+!G sec. 8

dei gradientul lui de concentra4ie este cu trei ordine de mrime mai mare dec6t al sodiului. 2inparametrii prezenta4i se poate deduce c varia4ia curen4ilor genera4i de influxul de Ca+! este mai lent

dec6t 5n cazul influxului de a!. 2ealtfel, canalele de Ca+! volta&-dependente sunt mai pu4in implicate

5n transmiterea axonic, la distan4e mari, a poten4ialului de ac4iune. $unc4ia lor este mai important 5n

determinarea modelului de generare a poten4ialului de ac4iune 5n dendrite i corpul celular, prin

controlul sintezei i, mai ales, al eliberrii neurotrasmi4torului la nivelul segmentului presinaptic

2up criterii electrofiziologice i farmacologice canalele de Ca+! volta&-dependente sunt

clasificate 5n dou tipuri distincte (hepherd, B0" :

S Canalele de Ca+! de tip se caracterizeaz prin activarea lor produs de ctre o depolarizarede valoare redus (8M) m3". Activarea simultan a mai multor canale dintr-o celul determin o

varia4ie de poten4ial de scurt durat sau tranzitorie, de unde deriv i numele. Canalele din acest tip

sunt mai bine reprezentate 5n membrana plasmatic a dendritelor i a corpului neuronal. ;a acest nivel,

prin activarea simultan a mai multor canale determinat de prezen4a unui numr mare de sinapse, se

genereaz un poten4ial de ac4iune care este rezultatul func4iei de integrare spa4io-temporal 5ndeplinit

de celula nervoas. $unc4ia de integrare prin intermediul acestui tip de canale ionice este de o

importan4 deosebit datorit capacit4ii acestora de a integra multitudinea de semnalele sinaptice de

intensitate at6t de mic 5nc6t pentru alte tipuri de canale volta&-dependente este de valoare subliminar.1rin aceste particularit4i de excitabilitate canalele de tip determin descrcrile rapide

ritmice, 5n special, de la nivelul ..C. 1rezen4a semnificativ a tipului de canale volta&-dependente

5n miocard a favorizat cercetarea lor electrofiziologic la nivelul acestor celule, datorit facilit4ilor

tehnice de laborator.

S Canale de Ca+! de tip ; , identificate 5n neuron de ctre 9ichard sien i colab. (o?@c@,


6/10

BL)", se caracterizeaz prin faptul c activarea lor este determinat de un prag mai 5nalt de

depolarizare (8+* m3" iar varia4ia curentului indus de influxul de Ca! este de durat mai lung,

comparativ cu tipul , de unde rezult i denumirea de canale cu activitate de lung durat (long

lasting channel". Aceste canale determin, 5n special, 5n termina4iile dendritice, poten4iale de Ca+!

implicate 5n transmiterea sinaptic.

9eceptorul-canal pentru glutamat are o structur mai complex i particip la transportul de

Ca+! 5n celula nervoas..

2eoarece Ca+! pe l6ng rolurile multiple pe care le 5ndeplinete, poate deveni neurotoxic la

concentra4ii intracelulare crescute, controlul acestui canal este dependent de mai multe substan4e

Canalele controlate de ligan4i sintetiza4i de celula din care fac parte pot fi:

- canale controlate de proteine Q sau de mesageri secunzi (Ca+!, H1/ etc.", descrise i ca receptori

metabotropici, i care particip la transmiterea sinaptic lent sau la modularea transmiterii sinaptice- canale controlate de neurotransmi4tor dar localizate pe segmentul presinaptic, av5nd rolul de

a controla eliberarea i concentra4ia acestuia 5n spa4iul sinaptic (autoreceptori".

1ompele de calciu. 2iferen4a mare de concentra4ie intra-extracelular precum i diversitatea de


7/10

func4ii a Ca+! la nivel celular pretind un sistem de control foarte precis al transportului i homeostaziei

acestui ion. 1ompele de Ca+! sunt localizate 5n membrana celular i 5n peretele reticulului

endoplasmic care reprezint un adevrat depozit de Ca+!. 1rin activitatea pompelor este sczut

concentra4ia Ca+! citosolic. 1rin intermediul canalelor de Ca+!, care au aceeai localizare ca i

pompele, se produce creterea concentra4iei lui citoplasmatice.2in cercetri recente reiese c structura i mecanismul pompei de Ca+!, 5n special 5n ceea ce

privete cooperarea cu molecula de A1, sunt foarte asemntoare cu pompa a! 8 #!. 2up unii

autori, asemnrile sunt at6t de mari 5nc6t se poate considera c cele dou pompe deriv dintr-o molecul

ancestral comun (hepherd, B0". 'n argument 5n sus4inerea acestei idei este faptul c aceste

sisteme de transport se afl 5n membrana celular a unor bacterii actuale.

Componenta func4ional interesant a pompei este captul carboxiterminal care prin interac4iunea

cu segmentul A1-azic i situsul de legare al calciului, exercit un efect inhibitor asupra

activit4ii pompei. 9ezultatul acestei interac4iuni este men4inerea concentra4iei citosolice de Ca+! la ovaloare necesar desfurrii proceselor celulare. Creterea concentra4iei citosolice a calciului peste

valoarea normal, determin interven4ia unei alte molecule proteice complexe, probabil de o v6rst

comparabil cu cea a pompei. Ca+!, 5n exces, leg6ndu-se de calmodulin, 5i blocheaz efectul inhibitor

asupra activit4ii pompei iar rezultatul acestei interac4iuni este creterea activit4ii pompei de a scoate

Ca+! din celul.

1ompa de calciu din peretele reticulului endoplasmatic, mai bine studiat 5n celula miocardic,

5ndeplinete func4ia de a transporta acest cation de la concentra4ia mic din citosol 5nspre concentra4ia

mai mare din lumenul reticulului endoplasmatic.>ecanismul de transport al acestei pompe este controlat tot de o molecul proteic cunoscut

sub numele de fosfolamban a crei func4ie const 5n reglarea activit4ii pompei de calciu din reticulul

sarcoplasmic c6nd nu este fosforilat are efect inhibitor, iar 5n starea fosforilat, acest efect este blocat.

$osforilarea este dependent de A>1c i de o proteininaz activat de Ca+!.

Hmportan4a acestui sistem de reglare a concentra4iei citosolice de calciu reiese i din faptul c

fosfolambanul este identificat 5n celula miocardic, fibra muscular neted i muchiul striat lent,

lipsind din cel rapid i din celula nervoas (#atz, B+".


8/10

Importanta calciului in organism

1entru a intelege cat de grava este lipsa de calciu in organism, este necesar sa stim care este rolul

acestuia in organism. $oarte multe persoane stiu ca acest mineral asigura o dantura puternica si ca astfelse pot preveni diverse probleme dentare .

1e de alta parte, calciul este important pentru sanatatea oaselor, peste *T din intreaga cantitate

de calciu din corp fiind detinuta de oase. ulburarile oaselor pot incepe foarte devreme, inca de la varste

foarte fragede (aparitia rahitismului".

2in pacate, daca in aceasta perioada nu se intervine adecvat si din timp pentru a mentine oasele

puternice, mai tarziu poate fi foarte greu de recuperat. Adultii cu oase puternice vor pierde din masa

osoasa, insa nu atat cat sa fie vorba de o situatie ingri&oratoare, insa persoanele care de&a au oase sensibile

risca sa sufere fracturi grave chiar la cazaturi minore.

1e de alta parte, calciul are o serie de alte proprietati importante. Acesta sustine contractia

celulelor musculare (in special muschiul inimii" si contribuie la transmiterea de semnale in celulele

nervoase. Calciul actioneaza ca un tampon impotriva surplusului de aciditate din sange si &oaca un rol

aparte in activarea diferitelor enzime, printre care si lipaza (care a&uta la digerarea grasimilor", cat si in

coagularea sangvina si functionarea in parametrii normali a tiroidei.

Cum se absoarbe calciul in organism

1entru a putea absorbi calciul, organismul trebuie sa detina o cantitate corespunzatoare de

vitamina 2, cunoscuta sub numele de Uvitamina soareluiV. 3itamina 2 a&uta la transportarea calciului din

mucoasa intestinala in sange, apoi in oase. Hn lunile in care soarele nu mai este asa intens, corpul nu mai

poate fabrica in parametrii normal vitamina 2.

Astfel, este indicat sa acorzi o importanta deosebita alimentatiei si sa privilegiezi alimenteprecum pestele de apa sarata (heringul, macroul, somonul, sardinele etc", uleiul de ficat de peste si ouale.

3itamina 2 se gaseste de asemenea in anumite alimente precum laptele de vaca sau soia sau poate fi

administrata sub forma de suplimente nutritive.


9/10

Persoanele predispuse la lipsa de calciu

%xista din pacate o categorie de persoane predispuse la o lipsa de calciu in organism. 1rintre

acestea se numara:

Vegetarienii. 1ersoanele care evita produsele animale (veganii" prezinta riscul de a suferi o lipsa

de calciu. >ai mult decat atat, unele produse vegetale interfereaza cu absorbita de calciu, ceea ce

poate insemna o eventuala problema pentru vegetarieni.

Persoanele cu intoleranta la lactoza.%xista persoane care se nasc cu imposibilitatea de a digera

lactoza din produsele lactate. Altii insa pot dezvolta aceasta tulburare odata cu varsta. oate

aceste persoane sunt nevoite sa evite produsele lactate. Cei mai multi dintre acestia sunt nevoiti

astfel sa apeleze la suplimentele vitaminice.

Persoanele cu malabsorbtie. Asa cum indica si denumirea, malabsorbtia reprezinta

imposibilitatea organismului de a absorbi eficient vitaminele si alti nutrienti (proteine, glucide,

lipide".

Femeile care practica atletismul. 2e cele mai multe ori, femeile care practica un sport de

performanta, in special atletismul, pot suferi de amenoree (lipsa menstruatiei". Amenoreea duce

adesea la scaderea cantitatii de estrogen din organism, hormon cu rol important in pastrarea

structurii osoase. Hn lipsa estrogenului, absorbtia calciului in corp este impiedicata.

Efectele lipsei de calciu asupra organismului

;ipsa de calciu se poate manifesta in doua forme: usoara si severa. Hn prima faza, o scadere a

nivelului de calciu din organism se manifesta prin contractii musculare necontrolate, dereglari menstruale

in cazul femeilor, apatie si senzatii de amorteala a membrelor. Hn timp, lipsa de calciu se poate acutiza, iar

simptomele care pot aparea sunt ameteli, palpitatii, hipotensiune, insomnie si stari depresive.

Hn cazul copiilor mici, carenta de calciu in organism poate avea efecte mai grave decat in cazul

adultilor, acestia pot suferi de rahitism. Aceasta afectiune se manifesta printr-un retard de crestere, insotit

de oase moi si flexibile.


10/10

Adultii sufera din cauza lipsei de calciu ceva mai tarziu, in principiu de osteoporoza.

7steoporoza este o afectiune care apare in momentul in care tesuturile osoase sunt insuficient

mineralizate. $racturile osoase la persoanele mai in varsta, in special cele de la nivelul soldului, pot duce

la complicatii grave, chiar la deces. 1ersoanele in varsta sunt mult mai predispuse la cazaturi decat cele

tinere in fiecare an o persoana din trei sufera o cazatura.

2e retinut: %xista si reversul medaliei: hipercalcemia, adica excesul de calciu in organism. 7

persoana careia i s-a administrat foarte mult calciu poate suferi de senzatii de greata, lipsa poftei de

mancare, dureri de cap, micsorarea ritmului cardiac si foarte important aparitia pietrelor la rinichi.

Bibliografie:

B. http:GG???.ncbi.nlm.nih.govGpubmedG+)))+M++. http:GG???.ncbi.nlm.nih.govGpubmedG+))0MM

/. http:GG???.ncbi.nlm.nih.govGpubmedG+))0+L*0. https:GGro.scribd.comGdocGLD/)DD*GCanale-de-calciu). http:GGsanatate.acasa.roGboli-DGcat-de-grava-este-lipsa-de-calciu-B+BB.html
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25552692http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25549669http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25542980https://ro.scribd.com/doc/87395770/Canale-de-calciuhttp://sanatate.acasa.ro/boli-7/cat-de-grava-este-lipsa-de-calciu-12119.htmlhttp://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25549669http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25542980https://ro.scribd.com/doc/87395770/Canale-de-calciuhttp://sanatate.acasa.ro/boli-7/cat-de-grava-este-lipsa-de-calciu-12119.htmlhttp://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25552692

canalul ionic pentru calciu Şi mecanismele biofizice ale unor canalopatii În relaţie cu acesta

Documents