Biophysique des canaux ioniques

La sélectivité permet au canal de « sélectionner » l'espèce diffusible. Cette sélectivité peut être stricte, comme les canaux sodiques imperméables au potassium. Elle peut être cationique uniquement, en laissant passer tous les cations monovalents. Cette sélectivité a suscité et suscite encore des questions non résolues. En effet, il est facile d'imaginer qu'une différence de charge au niveau du filtre de sélectivité puisse expliquer la sélectivité cationique vs. anionique. De même, une différence de taille du pore permettrait de laisser entrer les ions sodium, plus petits, ~1.9 Å, mais pas les ions potassium, ~2.6 Å. Qu'en est-il de la sélectivité des ions potassium par rapport aux ions sodium ? Il fallait avoir une image moléculaire d'un canal potassium pour obtenir d'importants éléments de réponse.

Ce n'est que très récemment qu'un canal potassium bactérien, puis eucaryote, a été cristallisé et sa structure tridimensionnelle obtenue après analyse par diffraction des rayons X. Ces travaux ont valu à Roderick MacKinnon d'être le corécipiendaire du Prix Nobel de chimie en 2003. La structure ainsi obtenue a permis de visualiser l'extraordinaire organisation tridimensionnelle du filtre de sélectivité. En effet, l'orientation des molécules d'eau hydratant l'ion potassium est en quelque sorte dictée par l'organisation électronique de l'ion. Le canal fournit par sa structure protéique tridimensionnelle une hydratation similaire. La différence d'énergie entre l'ion hydraté par l'eau et par le canal devient négligeable, ce qui permet donc le processus de passage ionique. Il a en effet été prouvé par des expériences d'électrophysiologie que le diamètre du pore canalaire était inférieur au diamètre de l'ion hydraté.

Il n'existe pas de terme français qui rende compte de ce qui est exprimé par le terme anglais gate. Il s'agit de la porte s'opposant au passage ionique mais aussi du phénomène d'ouverture du canal, incluant la transduction du signal d'ouverture.