Canali voltaggio-dipendenti per il sodio

Allo scopo di correlare le proprietà molecolari dei canali al ruolo nella genesi dei potenziali d'azione, dobbiamo comprendere quattro caratteristiche fondamentali dei canali ionici:(1) la loro distribuzione nelle membrane neuronali; (2) la natura del flusso di corrente attraverso un singolo canale; (3) il meccanismo attraverso il quale la depolarizzazione della membrana può aprire un canale sensibile al campo elettrico e (4) le basi fisiche della selettività dei canali per le varie specie ioniche. La caratterizzazione e la localizzazione dei canali voltaggio-dipendenti sono state facilitate dalla disponibilità di alcune neurotossine che si legano in modo specifico ai diversi canali. Tra queste troviamo la tetrodotossina (TTX)che blocca selettivamente i canali voltaggio-dipendenti rapidi per il Na+. Quando molecole di TTX marcate radioattivamente vengono aggiunte al mezzo extracellulare si legano a questi canali e in questo modo si può risalire ad una stima della densità dei canali sulle membrane. Più recentemente sono stati utilizzati gli anticorpi. Lo studio, invece, delle proprietà del flusso si corrente attraverso un singolo canale di membrana è stato a lungo reso difficoltoso dal fatto che le normali tecniche del blocco del voltaggio non permettono di registrare le correnti relative ad un singolo canale. Tuttavia, nella seconda metà degli anni Settanta, fu per la prima volta utilizzata la patch-clamp, una nuova tecnica che permette di registrare correnti da singoli canali. In questo metodo una micropipetta viene posta a stretto contatto con la membrana cellulare e viene poi applicata una leggera suzione in maniera tale che si realizzi una saldatura molto stretta tra pipetta e superficie cellulare. Quando viene applicato uno stimolo depolarizzante, gli eventi registrati appaiono come correnti tutto-o-nulla aventi un profilo rettangolare che indica un'improvvisa apertura e chiusura del canale ionico sotto registrazione. Quindi una depolarizzazione della membrana influenzava l'apertura dei canali ionici voltaggio-dipendenti. Hodgking e Huxley allora ipotizzarono che la depolarizzazione della membrana porterebbe al movimento della carica di apertura dall'interno verso l'esterno della membrana, essi suggerirono anche che questo movimento di carica dovesse corrispondere ad una piccola corrente di apertura, Ig. La corrente di apertura può essere effettivamente osservata quando la preponderante corrente ionica attraversa i canali per il Na+ viene bloccata farmacologicamente mediante tetrodotossina. Riassumendo, in un potenziale d'azione i canali per il Na+ rispondono aprendosi ad un iniziale depolarizzazione, permettendo così al sodio di entrare nella cellula e depolarizzare ulteriormente la membrana. Questa depolarizzazione induce più canali ad aprirsi, permettendo l'entrata nella cellula di altro sodio ancora ed innescando un evento esplosivo rigenerativo.