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Canali del sodio |
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Molecola del mese di marzo 2020 I canali del sodio controllati dal voltaggio trasmettono il segnale nervoso come un'onda elettrica lungo il nervo.  IntroduzioneProprio adesso mentre sto scrivendo questo articolo, una cascata di segnali sta scorrendo nel mio sistema nervoso e mi aiuta a decidere come iniziare il discorso. La stessa cosa sta accadendo nel vostro cervello mentre leggete queste parole e ne cogliete il significato. Gli impulsi nervosi viaggiano nel sistema nervoso a grande velocità portando messaggi da un neurone all'altro e tutti insieme costruiscono il nostro pensiero e controllano le nostre azioni. La trasmissione di ogni messaggio avviene con due modalità diverse. Un sistema complesso di neurotrasmettitori e di recettori, come i recettori AMPA del glutammato (mdm 7-2019), trasmettono i segnali attraverso le sinapsi da un neurone al successivo. Un sistema più semplice, formato dai canali del sodio controllati dal voltaggio e da poche altre molecole, trasmette il segnale lungo gli assoni, la parte allungata dei neuroni. Onda di segnalazione Le membrane degli assoni sono piene di canali che si aprono e si chiudono in base alla differenza di voltaggio tra l'interno e l'esterno della membrana. Se la differenza di voltaggio è alta, questi canali sono chiusi, ma quando la differenza di voltaggio scende si aprono per un breve istante e lasciano passare ioni sodio attraverso la membrana. Per mandare il segnale nervoso sono necessari pochi e semplici passaggi. Primo, le pompe ioniche devono creare un eccesso di ioni sodio all'esterno della cellula creando la differenza di voltaggio che tiene chiusi i canali. Il segnale è innescato da altri canali che permettono al sodio di tornare all'interno della membrana uguagliando la concentrazione di sodio da entrambi i lati. Questo processo riduce la differenza di voltaggio localmente e fa aprire i canali del sodio vicini. Il voltaggio si riduce anche attorno a questi canali e così altri canali si aprono più a valle lungo l'assone. Come la ola in uno stadio di calcio, quest'onda di apertura di canali si propaga lungo l'assone fino al suo termine dove si affaccia con una sinapsi al neurone successivo. Naturalmente, come accade spesso in biologia, le cose non sono mai così semplici e intervengono canali del potassio e altre proteine per modulare l'onda con precisione. Sentire il voltaggio I nostri canali del sodio controllati dal voltaggio, come quello mostrato qui (file PDB 6j8j) sono costituiti da una lunga catena proteica ripiegata su sé stessa per formare un poro attraverso la membrana, con quattro elementi sensibili al voltaggio disposti attorno al poro. Alcune altre subunità, mostrate in verde, modulano l'azione del canale. Gli elementi sensibili al voltaggio contengono un segmento ad alfa elica nel quale vi sono molte arginine e lisine, amminoacidi carichi positivamente (mostrati in magenta) che rispondono ai cambiamenti nel voltaggio locale aprendo e chiudendo il poro.  Tossine
terribiliI canali del sodio trasmettono, lungo i nervi, tutti i messaggi tra il cervello e i muscoli e quindi è facile immaginare che siano dei bersagli molto sensibili se vengono attaccati. Molti animali sintetizzano piccole tossine che bloccano l'azione di questi canali e provocano la paralisi. Due di queste sono legate al canale del sodio mostrato qui a fianco (file PDB 6a95). La tetrodotossina (evidenziata in verde) è la tossina mortale dei pesci palla e di altre varietà di animali velenosi, si lega nel centro del canale e chiude fisicamente il poro. La tossina del ragno (evidenziata in giallo) si lega, invece, agli elementi sensibili al voltaggio e ne disturba l'azione e così consente al ragno di paralizzare la sua preda. Queste tossine non sono tutte terribili, alcune di queste ci hanno insegnato come modificare la funzione dei canali del sodio per fermare il dolore o per curare alcune malattie nervose. . . . . .  Nell'immagine qui sopra, realizzata con Chimera, si vede la tossina di pesce palla, tetrodotossina, mostrata con sfere al centro, che blocca il canale. Si vede uno ione sodio verde fermo nel canale sotto la tossina. La tossina di ragno gialla, invece, è legata al sensore del voltaggio sulla sinistra ricco di arginine (magenta) e ne altera la funzionalità
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Esplorando
la struttura
Bibliografia