Canal iónico

Qué es un canal iónico

La membrana de cualquier célula viva es, por naturaleza, impermeable a los iones. Las cadenas hidrocarbonadas de los fosfolípidos que la componen forman una barrera eficaz contra partículas cargadas. Sin embargo, la vida celular exige que ciertos iones crucen esa barrera con rapidez: para generar impulsos eléctricos, para contraer una fibra muscular, para liberar un neurotransmisor en la sinapsis. Los canales iónicos son las proteínas que hacen posible ese tráfico.

El nombre combina el latín canālis ("conducto") con el griego ἰόν (ión), participio del verbo ἰέναι, "ir". Un ion es, literalmente, "lo que va", en alusión a su capacidad de migrar bajo la influencia de un campo eléctrico. El término fue acuñado por Michael Faraday en 1834; su aplicación a las proteínas de membrana es muy posterior, de la segunda mitad del siglo XX.

Mecanismos de apertura

Los canales iónicos no están permanentemente abiertos. La mayoría alterna entre un estado cerrado y uno abierto (y a veces un estado inactivado) según el estímulo que reciban. La clasificación más habitual los agrupa por ese estímulo.

Los dependientes de voltaje se abren cuando la diferencia de potencial eléctrico a través de la membrana alcanza un determinado umbral. Son los protagonistas del potencial de acción en neuronas y miocitos: canales de sodio que se abren primero y permiten la entrada rápida de Na+, seguidos por canales de potasio que restauran el potencial de reposo. Los canales de calcio dependientes de voltaje tienen su propia entrada en este diccionario, porque su diversidad funcional y su relevancia farmacológica justifican una entrada propia.

Los canales activados por ligando se abren cuando una molécula específica se une a un sitio receptor de la propia proteína del canal. El ejemplo clásico es el receptor nicotínico de acetilcolina, presente en la placa motora del músculo esquelético: cuando la acetilcolina liberada por la neurona motora se une a él, el canal se abre y permite la entrada de cationes que despolarizan la fibra muscular e inician la contracción.

Existen también canales mecanosensibles (se abren por deformación física de la membrana, como en las células ciliadas del oído interno) y canales activados por temperatura, una familia descubierta a finales de los años noventa que ha cambiado la comprensión de cómo el organismo percibe el calor y el frío. David Julius y Ardem Patapoutian recibieron el Premio Nobel de Fisiología o Medicina en 2021 por la identificación de los receptores de temperatura y presión, varios de los cuales son canales iónicos.

Selectividad iónica

Una propiedad que distingue a los canales iónicos de un simple agujero en la membrana es la selectividad. El poro del canal está revestido por aminoácidos cuya carga y tamaño permiten el paso de un tipo de ion y excluyen otros. Un canal de potasio, por ejemplo, deja pasar K+ con una eficacia diez mil veces mayor que Na+, a pesar de que el sodio tiene un radio iónico menor. La explicación reside en el filtro de selectividad, una región estrecha del poro donde el ion debe despojarse de su capa de hidratación para encajar exactamente entre los oxígenos carbonilo de la cadena proteica. El potasio encaja; el sodio, demasiado pequeño, no forma contactos suficientemente estables y es rechazado.

Roderick MacKinnon resolvió la estructura cristalográfica del primer canal de potasio en 1998 y recibió el Nobel de Química en 2003 por ese trabajo. La imagen atómica del filtro de selectividad confirmó predicciones que los fisiólogos habían formulado décadas antes a partir de datos electrofisiológicos.

Preguntas frecuentes

¿De dónde viene la palabra ion?

Del griego ἰόν, participio presente de ἰέναι, "ir". Faraday lo adoptó en 1834 para designar las partículas cargadas que migran en una disolución sometida a corriente eléctrica. Catión (κατ-, "hacia abajo") e ión negativo anión (ἀν-, "hacia arriba") se acuñaron en el mismo momento.

¿Es lo mismo un canal iónico que una bomba iónica?

No. El canal permite el paso pasivo de iones a favor de gradiente; no gasta energía. La bomba iónica mueve iones en contra del gradiente y necesita ATP. Son mecanismos complementarios: las bombas crean los gradientes que los canales explotan.

¿Qué son las canalopatías?

Enfermedades causadas por mutaciones en los genes que codifican canales iónicos. Incluyen ciertos tipos de epilepsia, arritmias cardíacas hereditarias (como el síndrome de QT largo), miotonías, parálisis periódicas y algunas formas de sordera congénita. Son poco frecuentes individualmente, pero en conjunto constituyen un grupo relevante de enfermedades genéticas.

¿Existen fármacos que actúen sobre los canales iónicos?

Sí, y muchos. Los anestésicos locales bloquean canales de sodio dependientes de voltaje. Los bloqueantes de los canales de calcio se usan en cardiología. Algunos antiepilépticos actúan sobre canales de sodio o de potasio. Y las benzodiazepinas modulan un canal de cloro, el receptor GABA-A. Es una de las dianas farmacológicas más explotadas de toda la medicina.

Referencias

1. Biblioteca Nacional de Medicina de Estados Unidos. Calcio en la dieta. MedlinePlus.
2. Real Academia Nacional de Medicina de España. Canal iónico. Diccionario de términos médicos.
3. National Institute of Neurological Disorders and Stroke. Epilepsy and Seizures. NINDS, NIH.
4. Real Academia Española. Ion. Diccionario de la lengua española, 23.ª edición.