CANAUX IONIQUES

Les canaux ioniques sont des protéines membranaires

Les canaux ioniques sont des protéines capables de changer de conformation et d'osciller entre des états fermés, inactivés et ouverts (fig. 5), selon des équilibres qui peuvent être caractérisés, comme pour tous les édifices macromoléculaires, par des constantes cinétiques, ou constantes de temps. Par un traitement mathématique que nous ne détaillerons pas ici, l'analyse fine de la distribution des temps et fréquences d'ouverture des canaux, permet d'avoir accès aux différentes constantes cinétiques des changements de conformation de ces protéines.

Du fait de leur intégration dans une bicouche lipidique, les canaux ioniques sont des protéines soumises à des contraintes topologiques bien particulières. En effet, ceux-ci doivent pouvoir être intégrés dans une membrane hydrophobe, ce qui indique que leur surface externe doit être elle aussi de nature hydrophobe. La chaîne polypeptidique d'une protéine canalaire s'organise pour traverser la membrane sous forme d'hélices alpha (fig. 6a), pour lesquelles les groupements -CO- et -NH- de la chaîne principale sont masqués en formant des liaisons hydrogène intrapeptidiques, et les chaînes latérales hydrophobes des acides aminés font contact avec l'environnement lipidique (fig. 6b). Une vingtaine d'acides aminés organisés en hélice alpha suffisent à une chaîne polypeptidique pour traverser intégralement une membrane plasmique, formant ce que l'on appelle un segment transmembranaire. Différents segments transmembranaires s'agencent ensemble pour former la structure compacte du canal, exposant sa face externe aux lipides membranaires, et créant dans ses régions internes un pore ionique traversant l'édifice de part en part (fig. 6). Lorsque le gène codant pour un canal a été isolé, ces notions topologiques permettent d'obtenir des informations structurales concernant l'insertion de la protéine dans la membrane, car les segments transmembranaires, formés d'une vingtaine d'acides aminés hydrophobes, sont facilement identifiables dans la séquence de la protéine. Par ailleurs, lorsque les séquences de deux gènes sont proches, il est possible d'en déduire que les protéines correspondantes partagent la même organisation structurale, et appartiennent à la même famille de canaux. Cela permet aujourd'hui de commencer à ordonner la diversité des canaux ioniques en familles possédant une organisation structurale commune. Il est intéressant de noter que le nombre de canaux ioniques existant est beaucoup plus élevé que ce que l'on pouvait attendre d'après l'étude des courants présents dans différentes cellules (à titre d'exemple, plus de 70 gènes codant pour des canaux potassiques différents ont été identifiés chez l'homme, et ce nombre est encore susceptible d'augmenter). De ce fait, seuls quelques exemples illustratifs de structures de canaux ioniques seront donnés dans les paragraphes suivants. Il est actuellement admis que cette très grande diversité a pour but de créer une combinatoire infinie dans l'expression des canaux pour chaque type cellulaire. Ce qui doit permettre un ajustement très fin du potentiel de membrane selon les besoins physiologiques. Cependant, pour des raisons évolutives, le caractère finaliste de cette hypothèse ne la rend pas totalement satisfaisante.

Motifs structuraux des principaux canaux cationiques

Les cations présents dans les liquides physiologiques ont un diamètre compris entre 0,095 nanomètres pour le sodium et 0,133 nanomètres pour le potassium. Il faut donc au minimum six à huit segments transmembranaires organisés sur le pourtour d'un cylindre pour créer en son centre un pore capable d'accommoder ces ions, sous forme déshydratée. De fait, il existe[...]