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A manutenção de estado estável de concentrações altamente assimétricas das principais cátions e ânions inorgânicas é uma função importante tanto das membranas plasma quanto das membranas das organelas intracelulares. A regulação homeostática desses gradientes iônicos é fundamental para a maioria das funções. Devido à sua carga, os movimentos de íons através de membranas biológicas envolvem necessariamente a facilitação por proteínas de transporte de membrana intrínseca. A caracterização funcional e a categorização das proteínas de transporte de membranas foi um dos principais focos de pesquisa fisiológica celular entre as anos 1950 e 1980. Com base nessas análises funcionais, as proteínas de transporte de íons foram amplamente divididas em duas classes: canais e transportadores do tipo transportador um reconhecimento/vinculação relativamente seletivo do íon transportado alterações conformais na própria proteína do transportador devido à ligação do íon o coupling dessas alterações conformais ao movimento físico do íon através do bicamada de membrana. Em contraste, os canais têm sido vistos como transportar proteínas que facilitam a translocação física de íons por mecanismos que envolvem relativamente pouca interação energética entre a proteína do canal e os íons transportados. Em vez disso, fatores extrínsecos, como alterações na potência da membrana ou a ligação de pequenas moléculas regulatórias ditam se a proteína do canal é um estado aberto ou «fechado» ou um estado fechado . Assim, as principais mudanças conformais nos canais são produzidas quando os diversos fatores extrínsecos regulam os domínios da proteína do canal que atuam como portões para controlar a acessibilidade do íon transportado a um domínio de poros. Por sua vez, o domínio pminério age como o caminho ou conduíte para íons que se movem de um lado da membrana para o outro. Como o transporte real de íons através dos canais não requer uma sequência definida de interações energéticas entre a proteína de transporte e os íons transportados, a taxa de transporte de íons através de proteínas de canal é geralmente muitas vezes mais rápida do que a taxa de transporte através de proteínas do tipo transportador. Este constitui um dos principais critérios funcionais usados de forma clássica para distinguir canais versus transportadores.
Outra distinção clássica é como a função de uma proteína de transporte de íons está relacionada com o gradiente eletroquímico para o transportado. A força motriz para o fluxo transmembrano de um íon é ditada pelo gradiente eletroquímico, que reflete a diferença nas concentrações desse íon em cada lado da membrana, bem como qualquer potencial elétrico através da membrana. Todos os canais mediam o movimento dos íons para baixo seus respectivos gradientes químicos ou eletroquímicos; este é chamado de transporte passivo. Assim, a principal função dos canais de íons é facilitar, geralmente por apenas durações muito curtas, o movimento de íons para baixo dos gradientes eletroquímicos previamente estabelecidos através da membrana plasmática ou das membranas de organelas intracelulares; esta dissipação transitória do gradiente iônico compreende uma perturbação da função celular e ressalta o uso predominante de canais de íons para transdução rápida de sinal ou transferência de informações. Um exemplo prototípico é o papel dos canais Na fechados de tensão no aumento rápido da permeabilidade na da membrana plasmática de células excitáveis durante a fase crescente do potencial de ação. Em contraste, a maioria dos transportadores pode catalisar o transporte ativo de certos íons contra seus gradientes eletroquímicos, em última análise através de um gasto líquido de energia celular. Os principais transportadores ativos diretamente casais o movimento da molécula transportada para a ligação e hidrólise de ATP. Essas bombas de íons acopladas ao ATPase são tipificadas pelo Na-K-ATPase, que funciona para transportar ativamente Na do compartimento intracelular para o compartimento extracelular em troca do movimento de K de sua baixa concentração em fluidos extracelulares para o compartimento K alto do citosol. Transportadores ativos secundários acoplam o movimento de um íon contra seu gradiente eletroquímico ao movimento de outro íon para baixo de seu gradiente eletroquímico; este mecanismo é usado tanto em cotransportadores ou transportadores de intercâmbio . Assim, uma das principais funções dos trabalhadores do tipo Transportadores é estabelecer e manter os gradientes eletroquímicos transmembranos dos cátions e ânions inorgânicos fisiologicamente significativos.
É importante perceber que a maioria das proteínas de transporte de íons exibe certas características estruturais comuns, independentemente de funcionarem como canais ou transportadores. A grande maioria das proteínas de transporte de membrana possuem vários domínios de transmembrano que são fisicamente justta Colocados para criar o poro forrado de aminoácidos, que Atuam como o canal físico para o íon como ele passa de um lado da membrana para o outro. A composição deste poro forrado de aminoácidos cria um microambiente, com características eletrostáticas e polares adequadas, que reduz consideravelmente as restrições áticas de energização que efetivamente impedem a passagem direta de um íon inorgânico através de uma bicamada lipídica. As taxas relativas em que os íons entram no poro de um lado da membrana e saem do poro do outro lado determina o fluxo de brane líquido eficaz do íon. Os canais facilitam apenas o fluxo transmembrano líquido de um íon de um compartimento «cis» com maior concentração para um compartimento «trans» com menor concentração. Assim, a principal questão mecanicista para transportadores do tipo canal é limitara acessibilidade geral do íon ao poro usando um único portão para evitar a entrada de íons cis no poro até que um sinal de gating apropriado seja gerado pela célula . Uma vez que os íons do compartimento cis tenham entrado no domínio dos poros, é muito mais provável que eles saiam do poro no lado trans devido à menor concentração de íons naquele compartimento. No entanto, deve-se ressaltar que os canais de íons também contêm arranjos particulares de resíduos de aminoácidos que favorecem a entrada de íons com cargas e tamanhos específicos e retardam íons com a carga reversa ou o tamanho errado. Embora os canais sejam mais amplamente categorizados como cátion ou aníon específico, muitos canais de cáção e ânion exibem seletividade marcada para determinadas espécies de íons. Por exemplo, certos canais de cátion com portão de tensão selecionam na sobre K, enquanto outros transportam K em vez de Na.
Em contraste, a função efetiva de um transportador do tipo transportador levanta um conjunto mais complexo de questões mecanicistas, particularmente para transportadores, como o Na-K-ATPase, que catalisam o fluxo transmenbrano ativo de um íon do compartimento cis com concentração baixa para o compartimento trans com maior concentração. Neste caso, pelo menos dois portões são necessários para controlar sequencialmente a acessibilidade ao domínio poros de íons dentro dos compartimentos trans e cis . Embora a abertura de um único portão no lado cis permita a entrada/saída de íons daquele compartimento com menor concentração na região dos poros, um segundo portão precisa ser fechado simultaneamente para evitar a entrada/saída de íons do compartimento trans com maior concentração. Uma vez que os íons tenham entrado no domínio dos poros a partir do compartimento cis, o portão cis deve ser fechado antes que o portão trans se abra para permitir a acessibilidade de íons dentro do domínio dos poros ao compartimento trans .Este fechamento simultâneo de ambos os portões de acessibilidade efetivamente prende ou «oclui» íons que entraram no poro a partir do compartimento cis. Embora a abertura subsequente do segundo portão permita que os íons se movam entre o domínio dos poros e o compartimento trans, este gating precisa ser acoplado a alguma outra mudança conformacional dentro do transportador que efetivamente favorece a saída dos íons anteriormente ocluídos dentro do domínio dos poros, minimizando a entrada da mesma espécie de íon do compartimento trans. Isso pode ser feito alterando a afinidade e/ou seletividade do domínio dos poros para íons particulares, dependendo se o poro está aberto ao cis ou ao compartimento trans. Isso é realizado no Na-K-ATPase por mudanças conformais que reduzem associação de Íons Na com o poro de permeabilidade, aumentando a afinidade da cavidade dos poros para íons K extracelulares. Ao acoplar termodinamicamente a abertura sequencial e o fechamento dos dois portões de acessibilidade às alterações conformais sequenciais que alteram a seletividade iônica do domínio dos poros, os transportadores do tipo transportador podem catalisar o fluxo líquido de íons contra seus gradientes eletroquímicos. As alterações conformais necessárias que modulam a seletividade iônica e a afinidade dos transportadores podem ser energizadas pela ligação direta de íons transportados para locais específicos dentro do domínio dos poros ou reações químicas paralelas catalisadas pelo transportador do tipo portador.
