Tópicos do Artigo

1. Introdução
2. Permeabilidade Seletiva de Canais Proteicos
3. Comportas dos Canais Proteicos
   • Variação de Voltagem
   • Variação Química (ligante)
4. Método Patch Clamp

Introdução

Durante as pesquisas, foram identificadas estruturas tubulares que conectam o fluido extracelular ao fluido intracelular. Dessa forma, as substâncias podem se deslocar por difusão simples, atravessando diretamente esses poros e canais de um lado da membrana para o outro. Os poros são formados por proteínas integrais presentes na membrana celular, que criam tubos permeáveis ao longo da estrutura da membrana, permanecendo constantemente abertos. No entanto, o tamanho do diâmetro desses poros e suas propriedades elétricas conferem seletividade, permitindo que apenas moléculas específicas passem. Um exemplo são as aquaporinas, que facilitam o transporte rápido de água através das membranas celulares, mas bloqueiam a passagem de outras moléculas. Essas proteínas possuem um poro estreito, que permite que as moléculas de água se movam em fila única. O espaço é tão reduzido que impede a passagem de íons hidratados.

Os canais proteicos apresentam duas características principais: a primeira é sua capacidade de serem seletivamente permeáveis a determinadas substâncias; a segunda é que muitos desses canais possuem mecanismos de abertura e fechamento, controlados por sinais elétricos (canais dependentes de voltagem) ou pela ligação de substâncias químicas às proteínas do canal (canais dependentes de ligantes).

Permeabilidade Seletiva de Canais Proteicos 

Muitos canais proteicos apresentam uma elevada seletividade para o transporte de íons ou moléculas específicas. Essa especificidade é determinada por características como o diâmetro, o formato e as propriedades elétricas e químicas das superfícies internas do canal. Por exemplo, os canais de potássio permitem que íons de potássio atravessem a membrana celular com maior facilidade em comparação com íons de sódio.

Estudos utilizando cristalografia de raios-X revelaram que os canais de potássio possuem uma estrutura tetramérica, composta por quatro subunidades proteicas idênticas que formam um poro central. Na parte superior do poro, há estruturas conhecidas como alças do poro, que criam um filtro de seletividade estreito. Esse filtro é revestido por átomos de oxigênio carbonílico. Quando os íons de potássio hidratados entram no filtro, eles interagem com esses átomos de oxigênio, perdendo grande parte das moléculas de água que os acompanham. Esse processo permite que os íons de potássio, agora desidratados, atravessem o canal com eficiência.

Outro canal proteico de grande importância é o canal de sódio, que possui um diâmetro extremamente reduzido, variando entre 0,3 e 0,5 nanômetros. A capacidade desse canal de distinguir íons de sódio entre outros íons presentes no meio é essencial para o correto funcionamento das células. A região mais estreita do poro, conhecida como filtro de seletividade, é revestida por resíduos de aminoácidos carregados negativamente. Essas cargas negativas atraem os íons de sódio desidratados, separando-os das moléculas de água que os hidratam. Embora os íons não precisem estar completamente desidratados para passar, essa interação facilita sua movimentação. Uma vez dentro do canal, os íons de sódio se difundem livremente, seguindo as leis da difusão. Dessa forma, o canal de sódio demonstra uma alta seletividade para a passagem desses íons.

Comportas dos Canais Proteicos

As “comportas” ou “portões” dos canais proteicos funcionam como mecanismos que regulam a permeabilidade iônica desses canais. Acredita-se que algumas dessas comportas sejam estruturas semelhantes a gatilhos, formadas por partes da própria proteína transportadora. Essas estruturas podem bloquear a abertura do canal ou serem afastadas dela por meio de mudanças na conformação da molécula proteica, ou seja, alterações em sua forma tridimensional. O controle da abertura e do fechamento dessas comportas ocorre principalmente de duas formas:

1. Variação de Voltagem: as comportas reagem ao potencial elétrico presente na membrana celular. Por exemplo, uma carga negativa intensa no interior da célula pode manter as comportas externas dos canais de sódio firmemente fechadas. No entanto, quando o interior da membrana perde sua carga negativa, essas comportas se abrem de repente, permitindo que os íons de sódio atravessem os poros e entrem na célula. Esse mecanismo é fundamental para a geração de potenciais de ação nos neurônios, que são essenciais para a transmissão de sinais nervosos.
2. Variação Química (ligante): algumas comportas dos canais proteicos são ativadas pela ligação de uma substância química, conhecida como ligante, à proteína. Essa interação provoca uma mudança na conformação ou nas ligações químicas da molécula proteica, resultando na abertura ou no fechamento da comporta. Um dos exemplos mais relevantes desse tipo de regulação química é a ação do neurotransmissor acetilcolina sobre o receptor de acetilcolina, que atua como um canal iônico controlado pela ligação de ligantes.

Método Patch Clamp 

A técnica experimental conhecida como patch clamp (ou fixação de voltagem) é utilizada para medir o fluxo de corrente iônica através de canais proteicos individuais. Nesse método, uma micropipeta com uma ponta extremamente fina, de apenas 1 a 2 micrômetros de diâmetro, é posicionada sobre a superfície externa de uma membrana celular. Em seguida, aplica-se sucção no interior da pipeta, o que faz com que a membrana celular seja atraída e se fixe à ponta do instrumento, criando uma vedação hermética entre as bordas da pipeta e a membrana. Isso resulta em um pequeno fragmento de membrana isolado na ponta da pipeta, permitindo a medição precisa da corrente elétrica que passa por ele.

Esses fragmentos de membrana podem ser tão pequenos que contêm apenas uma única proteína de canal na área estudada. Ao variar as concentrações de diferentes íons e ajustar a voltagem aplicada à membrana, é possível analisar as características de transporte do canal individual, bem como o funcionamento de suas comportas. Essa técnica oferece insights detalhados sobre as propriedades e a dinâmica dos canais iônicos.

Referências Bibliográficas

1. HALL, J. E.; HALL, M. E. Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology. 13. ed. [s.l.] Elsevier, 2016.
2. La membrana plasmática | Biología celular (II). Disponível em: https://www.infobiologia.net/2015/08/biologia-celular-membrana-plasmatica.html?m=1. Acesso em: 12 mar. 2025.
3. MEMBRANAS CELULARES: ULTRAESTRUTURA, ESPECIALIZAÇÕES, TRANSPORTE E SINALIZAÇÕES. Disponível em: https://stecine.azureedge.net/repositorio/02600/index.html.
4. HEADSPIN. In vitro multi-cell patch clamp electrophysiology – Norbrain. Disponível em: https://norbrain.no/in-vitro-multi-cell-patch-clamp-electrophysiology/. Acesso em: 12 mar. 2025.