El canal de potasio: un ejemplo de filtro de selectividad físico y termodinámico

La verdad es que entre tanto estoma (por lo del proyecto de técnicas de campo) necesito descongestionarme y como las otras asignaturas no se pueden dejar tampoco de lado.

Una de las cosas más curiosas que he estado estudiando estos días es la especificidad del canal de potasio. Este canal permite el paso de los iones potasio de un lado al otro de la membrana ya que la membrana tiene una permeabilidad limitada, sobretodo a iones cargados como es el caso del ión potasio que está cargado positivamente.

Si buscáis artículos acerca de este canal y de otros canales veréis como casi todos los canales mantienen una estructura común. Presentan simetría cuaternaria y tienen 5 segmentos transmembrana

Si nos centramos ya en el propio canal de potasio vemos que el camino a través del conducto tiene dos zonas claramente diferenciadas. En los primeros dos tercios del poro se inicia con unos 10 Armstrong de ancho que permiten la entrada de iones potasio con su capa de solvatación, es decir, rodeados de moléculas de agua. El siguiente tercio restante reduce su tamaño a 3 Armstrong, y es en este punto en donde nos encontramos el primer filtro, un filtro físico, ya que aquellos iones que sean más grandes que el potasio no van a poder pasar por el canal ya que no será suficientemente amplio (el símil sería el de un tamiz, las partículas más grandes quedan retenidas mientras que las más pequeñas lo traspasan). Y aquí es donde viene la pregunta. ¿Cómo se descartan aquellos iones que son más pequeños que el potasio? ¿Como por ejemplo el sodio? En este punto es donde entra en juego el segundo componente del filtro de selectividad del canal de potasio: la selectividad termodinámica.

Para que el ión potasio pase a través del canal ha de perder las moléculas de agua que lo rodean ya que es la única manera de que pase el ión a través del  filtro físico de los 3 Armstrong. Sin embargo la pérdida de la capa de solvatación no es un proceso espontáneo, al menos termodinámicamente hablando, y por tanto debe ser compensado por un proceso que sea termodinámicamente favorable. Aquí es donde entran en juego los residuos aminoacídicos de la parte más estrecha del poro . Esta región se encuentra en una conformación relativamente distendida y está orientada de tal forma que los residuos carbonilo del péptido se orientan hacia la luz del poro (átomos en rojo en el dibujo). Estos residuos carbonilo cargados de forma negativa interaccionan con el ión potasio compensando con creces la energía necesaria de la solvatación del ión.

Pero aún no hemos respondido el porqué el ión sodio, por ser más pequeño no pasa a través del canal. La clave está en su pequeño tamaño (comparado con el potasio) ya que al ser más pequeño no se pueden dar las interacciones con los residuos negativos de los iones carbonilo, las interacciones no sedan de forma correcta y no compensan la energía necesaria para eliminar la capa de solvatación del sodio y por eso mismo no puede pasar a través del canal.

Este mecanismo de selectividad es compartido en otros canales como el calcio, lo único que cambia es la orientación de los residuos carbonilo en la zona de los 3 Armstrong.