CANALI DEL CALCIO:
UN’INTRODUZIONE
La presentazione al seminario sulle sinapsi di BM&L di
una recente pubblicazione di Hainsworth, Randall e Stefani (Whole-cell patch clamp recording of voltage sensitive Ca2+
channel currents heterologous expression systems and dissociated brain neurons.
Methods Mol Biol. 312, 161-179, 2006) ha offerto a Nicole Cardon l’occasione per una breve
dissertazione introduttiva sui canali del calcio sensibili al voltaggio, che
qui di seguito riassumiamo.
Si riconoscono almeno sei
sub-classi di canali
del Ca2+, cinque delle quali (L, N,
P, Q, R) sono attivate dall’alto voltaggio e distinte sulla base di
caratteristiche farmacologiche e biofisiche, ed una (T) attivata dal basso
voltaggio.
Presenti sulle membrane dei miociti e di molti altri tipi cellulari, nei neuroni svolgono un ruolo di cruciale importanza nel rilascio dei neurotrasmettitori dai terminali sinaptici e si reperiscono, sia pure in minore concentrazione, nei dendriti, nei corpi cellulari e nei coni di crescita. In corrispondenza della membrana del segmento iniziale dell’assone, la loro attività è stata messa in relazione con l’adattamento.
I canali del calcio sono altamente sensibili alle differenze di voltaggio
fra i due versanti della membrana e, come hanno mostrato gli studi mediante
patch-clamp, l’apertura e la chiusura si succedono con estrema rapidità in un
ciclo la cui durata, misurata per i canali L, è di circa 0,6 ms.
Tuttavia, come per altri canali, si ritiene che il
meccanismo sia più complesso di un semplice ciclo “aperto-chiuso” e preveda
configurazioni intermedie. Nei piccoli campioni di membrana studiati, il numero
di canali che va incontro a questo ciclo dipende dalla differenza di voltaggio:
una caduta della polarizzazione determina un incremento percentuale notevole.
La quota di inattivazione varia fra i vari tipi di canali e, ad esempio, il
tipo P risulta lento se paragonato al tipo R.
Oltre che alle differenze di voltaggio i canali del Ca2+
sono sensibili a numerosi trasmettitori e farmaci, fra cui GABA, 5-HT, NA, somatostatina, encefalina, 1,4-di-idropiridina;
quest’ultimo composto è stato impiegato per isolare i canali di tipo L dal
muscolo scheletrico di coniglio. Le molecole finora sperimentate sembrano tutte
tendere all’inattivazione (downmodulation).
Un’altra proprietà rilevante è l’alta selettività di
questi canali, che assicura un flusso in entrata di calcio non contaminato da
Na+ e K+, nonostante le elevate concentrazioni di questi
ioni nei fluidi extracellulari (es.: 3 mM Ca2+/ 145 mM Na+).
I canali del calcio hanno una subunità principale α-1
-strutturalmente omologa della subunità α dei canali del sodio-
subunità α-2 e δ che formano un complesso glicoproteico di membrana unito da
un ponte disolfuro, e subunità β intracellulari. I canali del calcio delle cellule del
muscolo scheletrico hanno anche una subunità di membrana γ (Siegel, Albers, Brady, Price, Basic Neurochemistry. Molecular, Cellular,
and Medical Aspects, 7th Edition, p. 103, Academic Press 2006).
Al termine della trattazione, fra i riferimenti
bibliografici, oltre al già citato Basic
Neurochemistry (il volume è stato presentato
per la prima volta lo scorso 21 gennaio a Firenze dal nostro presidente e,
prossimamente, sarà oggetto di una nuova e più dettagliata presentazione), è
stato ricordato l’ottimo capitolo 11 (Voltage-Gated
Ion Channels) del manuale di C. U. M. Smith (Elements of Molecular Neurobiology. 3rd
Edition, Wiley and Sons, Chichester
2002) e, a chi voglia approfondire le basi, è
stata suggerita la lettura di un articolo che, a dodici anni di distanza dalla
sua pubblicazione, può a buon diritto ritenersi un “classico”: Hofmann, Biel, Flockerzi, Molecular basis for Ca2+
channel diversity. Annu. Rev. Neurosci. 17, 399-418, 1994. A questo può seguire Catterall, Structure
and regulation of voltage-gated calcium channels. Annu. Rev. Cell Dev. Biol.
16, 521-555, 2000.