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Base electroquímica de la función nerviosa
Figura 3-19. La gran familia de canales de potasio modulados por voltaje tiene
un característico diseño en su estructura compuesto por cuatro (o a veces dos)
monómeros, bien iguales o a veces diferentes entre sí. En la figura se muestra la
estructura cristalográfica de un canal que es un homotetrámero de subunidades a
y (3. Gran parte del volumen de las cuatro subunidades a se encuentra dentro de
la bicapa de la membrana (en la porción transmembrana, TM), donde detectan el
potencial de membrana y donde juntos forman el canal iónico. El segmento TI de
la subunidad a se extiende por el citoplasma para conectar con la subunidad (3, a
través de la cual el complejo es controlado por señales citoplasmáticas. B muestra
una subunidad a con su subunidad (3 asociada. Los cuatro pares de subunidades
que componen el canal se distinguen en colores y mostrados desde el lateral (A) y
desde arriba (C). Las hélices S5 y S6 se entrelazan para formar el poro; las hélices
SI, S2, S3yS4 cuelgan hacia fuera en la bicapa y detectan el voltaje. (De Long SB,
Campbell EB, Mackinnon R: Crystal structure of a mammalian voltage-dependent
Shaker family K + channel. Science 309:897-903, 2005.)
Membrana celular
(del pez globo y de una salamandra de Norteamérica) y la saxitoxina
(de las diatomeas que causan la marea roja). Todas ellas se unen a los
canales cerrados de sodio, impidiendo que se abran. Los aguijones
de escorpión provocan dolor, espasmos y finalmente parálisis debido
a que su veneno frena la inactivación de los Na v y provoca que la
activación se produzca a voltajes más negativos.
Enfermedades desmielinizantes
La pérdida de la vaina de mielina, como sucede en la esclerosis múltiple,
interrumpe la transmisión de PA mielínicos por tres razones.
Primera, la membrana internodular no contiene canales de sodio, por
lo que no contribuye a las corrientes regeneradoras necesarias para
un PA. Segunda, la pérdida del aislamiento eléctrico de la mielina
implica que la capacitancia del internódulo se incrementa y la resistencia
del internódulo disminuye. Tercera, los canales de potasio
activados por voltaje están agrupados en las regiones internodulares
inmediatamente adyacentes a los nodulos, aunque normalmente aisladas
eléctricamente de ellos; una vez que se pierde la mielina, estos
canales de potasio se oponen a las corrientes nodales de sodio. Los tres
factores actúan en conjunto para reducir la constante de longitud de la
fibra nerviosa, provocando que las corrientes en los nodulos de Ranvier
activos tengan menor efecto sobre los nodulos en reposo lejanos. Si
la destrucción es suficiente, la constante de longitud se hace menor
que la distancia internodular. Entonces cesa la transmisión al hacerse
imposible alcanzar el umbral.
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POTASIO Y DIVERSIDAD DE ACTIVIDAD
NEURONAL
Se necesitan patrones diferentes de actividad de las neuronas, que por
su parte se diferencian en gran medida en su geometría. Las células
individuales se adaptan a sus funciones particulares expresando canales
de sodio, calcio, potasio y cloruro escogidos de cantidad de familias y
multitud de tránscritos. Tres de estas funciones requieren canales de
potasio particulares (fig. 3-19) y se tratan a continuación: finalización
del PA, control de la excitabilidad y elaboración de un patrón rítmico.
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Repolarízando la neurona
Las neuronas usan diferentes estrategias para finalizar sus PA. Los nodulos
de Ranvier simplemente tienen una alta conductancia al potasio
en reposo. Los axones amielínicos son más ambiciosos en el sentido
que finalizan inmediatamente sus PA mediante la apertura de canales
de potasio: la despolarización del PA activa una corriente de potasio
a través de uno o más canales K v (fig. 3-20). Los canales K v están
normalmente cerrados, conservando la energía neuronal que de otro
modo se perdería bombeando potasio fuera de una célula con fugas,
pero se abren en respuesta al ascenso del PA. El poro resultante tamiza
los iones por su tamaño, permitiendo que solamente pasen los cationes
monovalentes hidratados más pequeños. El potasio es un ion grande,
por lo que su densidad de carga no es suficientemente grande para
atraer tantas moléculas de agua como el sodio; consecuentemente su
radio de hidratación será menor, y su paso será más sencillo. El K v se
mantiene abierto mientras la membrana está despolarizada; su cierre