I canali ionici mantengono il potenziale di membrana di una cellula. Per la maggior parte delle cellule, in particolare quelle eccitabili, l’interno ha una carica più negativa rispetto all’esterno della cellula, a causa di un maggior numero di ioni negativi rispetto agli ioni positivi. Per le cellule eccitabili, come sparare neuroni, contrarre cellule muscolari, o cellule tattili sensoriali, il potenziale della membrana deve essere in grado di cambiare rapidamente passando da un potenziale di membrana negativa a uno che è più positivo. Per raggiungere questo obiettivo, le cellule si basano su due tipi di canali ionici: ligand e tensione-gated.
I canali ionici legati al ligando, chiamati anche recettori ionotropici, sono proteine transmembrane che formano un canale ma che hanno anche un sito di legame. Quando un ligando si lega alla superficie, apre il canale ionico. Recettori ionotropici comuni includono il NMDA, kainate, e recettori del glutammato AMPA e i recettori acetilcolina nicotinica. Mentre la maggior parte dei recettori ionotropici sono attivati dal legame extracellulare di neurotrasmettitori come il glutammato o l’acetilcolina, alcuni possono essere attivati intracellulare dagli ioni stessi.
Quando un ligando, come il glutammato o l’acetilcolina, si lega al suo recettore permette l’afflusso di sodio(Na) e calcio (Ca2 )ioni nelle cellule. Gli ioni positivi, o cationi, seguono il loro gradiente elettrochimico, passando dalla superficie extracellulare più positiva alla superficie intracellulare meno positiva (più negativa). Questo cambia il potenziale della membrana vicino al recettore, che può quindi attivare i canali ionici gated di tensione nelle vicinanze per propagare il cambiamento nel potenziale della membrana in tutta la cellula.
Un altro canale ionico ligando gated, il recettore GABAA, permette ioni di cloruro (Cl–) nelle cellule. Questo in realtà abbassa il potenziale della membrana, limitando gli effetti di propagazione e inibendo la cellula eccitabile.
I canali ionici legati alla tensione si aprono o si chiudono in risposta ai cambiamenti nel potenziale della membrana, ad esempio quando si apre un canale ionico a ioni che si apre. Ci sono diversi tipi di canali di tensione-gated che hanno permeabilità selettiva, il che significa che gli ioni sono filtrati per dimensione e carica. I canali di calcio legati alla tensione sono importanti per la contrazione muscolare e il rilascio del neurotrasmettitore. I canali di potassio lavorano per ripolarizzare la membrana cellulare dopo un potenziale di azione. I canali protonici legati alla tensione si aprono durante la depolarizzazione per rimuovere i protoni dalla cellula.
I canali ionici possono svolgere un ruolo nell’emicrania. La dura mater è una copertura protettiva per il cervello. È innervato da diversi nervi cranici. Si ipotizza che l’emicrania abbia origine in questi nervi. Entrambi i canali ionici ligando e tensione-gated nel dura mater possono potenziare i segnali di dolore alterando i potenziali della membrana.
