Ionenkanäle Struktur, Funktionen, Typen

Der Ionische Kanäle Sie sind hohle membranale Strukturen, die Kanäle oder Poren bilden, die die Dicke der Membran überqueren und die Außenseite der Zelle mit ihrem Cytosol vermitteln und umgekehrt; Einige haben möglicherweise ein Gate -System, das seine Öffnung reguliert.

Diese Kanäle sind voller Wasser und kontrollieren den Durchgang bestimmter Ionen von einer Seite zur anderen der Membran. Sie werden durch Proteine ​​gebildet, die für Zellmembranen typisch sind, die zylindrische, röhrchenförmige Strukturen bilden.

Offene und geschlossene Konformation eines ionischen Kanals (Quelle: Efazzari [CC BY-SA 4.0 (https: // creativecommons.Org/lizenzen/by-sa/4.0)] über Wikimedia Commons)

Transportmechanismen durch diese Membranen können weit verbreitet im passiven oder aktiven Transport klassifiziert werden. Die Verbindlichkeiten sind solche, die den Durchgang von Substanzen zugunsten ihrer Konzentrationsgradienten ermöglichen. Inzwischen erfordern das Vermögen einen Energieverbrauch, da sie Substanzen gegen ihre Konzentrationsgradienten verdrängen.

Ionische Kanäle stellen einen passiven Transportmechanismus dar, der nach ihrer Spezifität klassifiziert werden kann, dh gemäß der Art von Ion, die sie passieren lassen, oder abhängig von der Art und Weise, wie sie sich öffnen oder schließen oder schließen oder schließen.

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Die Hauptfunktion dieser membranalen Transportsysteme besteht darin, den regulierten Substanzen in oder außerhalb der Zellen zu ermöglichen und somit intrazelluläre Konzentrationen von Ionen und anderen Substanzen aufrechtzuerhalten.

Das Vorhandensein von Zellmembranen und ionischen Kanälen grundlegend für die Aufrechterhaltung von Konzentrationsunterschieden zwischen intrazellulären und extrazellulären Medien, was von vielen Gesichtspunkten relevant ist.

Ionische Kanäle, insbesondere der abhängige Ligand, sind in Pharmakologie und Medizin sehr wichtig, da viele Medikamente die Funktionen von natürlichen Liganden nachahmisieren und sich dem Kanal anschließen, ihn öffnen oder schließen können, da der Fall der Fall sein kann.

Andere Medikamente können die Gewerkschaftsstelle blockieren und somit die Wirkung des natürlichen Liganden verhindern.

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Struktur

Die Struktur der ionischen Kanäle wird durch spezifische Transmembranproteine ​​gebildet, die eine tubuläre Form aufweisen und eine Pore oder ein Loch hinterlassen, die die Kommunikation zwischen Innenraum und Außenseite der Zelle oder zwischen intrazellulären Kompartimenten (Organellen) ermöglicht.

Jeder Ionenkanal impliziert ein spezifisches Strukturprotein der Membran, und mehr als 100 Gene, die spezifische ionische Kanäle codieren, wurden beschrieben.

Für den Natriumkanal zum Beispiel 10 Gene genannt Scn die verschiedene Proteine ​​codieren, die in verschiedenen Geweben mit bestimmten Funktionen und Strukturen verteilt sind.

Ebenso eine beträchtliche Menge von Genen, die verschiedene Proteine ​​kodifizieren, aus denen Kaliumkanäle besteht, die zu verschiedenen Familien gehören und unterschiedliche Mechanismen für Aktivierung, Öffnung und Inaktivierung haben.

Proteinstruktur eines ionischen Kanals

Typischerweise besteht ein funktioneller ionischer Kanal, der mit einer Membran assoziiert ist.

Schema der membranalen Untereinheiten eines ionischen Kanals (Quelle: Efazzari [CC BY-SA 4.0 (https: // creativecommons.Org/lizenzen/by-sa/4.0)] über Wikimedia Commons)

Jede Untereinheit variiert je nach den Eigenschaften und Eigenschaften des Kanals, da viele für bestimmte Ionen spezifisch sind und verschiedene Öffnungs- und Schließmechanismen aufweisen.

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Einige Kanäle bestehen aus einer einzelnen Polypeptidkette, die in wiederholten Motiven organisiert ist, die die Membrandicke durchlaufen und so mehrmals als Äquivalent einer Proteinuntereinheit fungieren.

Zusätzlich zu diesen Untereinheiten, die in der Literatur als α -Untereinheiten bezeichnet werden.

Die Spezifität jedes Kanals hängt mit dem Durchmesser der Pore zusammen, die durch die transmembranalen Proteine ​​und die Seitenketten (─r) der Aminosäuren gebildet werden, aus denen sie ausmachen.

Auf diese Weise gibt es Kanäle, die nur Natrium, Kalium, Calciumionen usw. verpassen, weil die Seitenketten als "Sieb" fungieren.

Zusätzliche strukturelle Eigenschaften

Ein weiteres wichtiges Merkmal vieler Kanäle sind die Tore. Die Kanäle mit diesen Eigenschaften können vor lokalen Veränderungen geöffnet oder geschlossen werden, die im membranalen Mikroching auftreten, der den Kanal umgibt.

Abhängig von der Art des Kanals können diese Änderungen mechanisch, thermisch (Temperaturänderungen), elektrische (Spannungsänderungen) oder Chemikalien (Bindung eines Liganden) sein.

In den sogenannten passiven ionischen Kanälen, die offen bleiben und den spezifischen Schritt bestimmter Ionen zulassen, haben diese Strukturen keine Tore oder sind empfindlich gegenüber Liganden oder anderen Arten von Stimuli, die empfindlich sind.

In anderen ionischen Kanälen, die empfindlich gegenüber Vorhandensein oder Verbindung von Liganden sind, gibt es eine Bindungsstelle für Liganden entweder auf der extrazellulären Seite oder für das Zellcytosol, und in diesen Fällen haben die Poren oder Kanäle ein Tor, das geöffnet oder geschlossen werden kann Nach dem Status seines Liganden.

Mechanismus der Sekunden -Messenger für die Öffnung oder Schließung von Kanälen

Im Falle eines Platzes für Liganden im intrazellulären Teil haben diese Kanäle normalerweise zweite Boten wie Liganden. Ein Beispiel für ionische Kanäle, die sich von Mechanismen von Second -Messenger öffnen oder schließen, ist die von olfaktorischen Rezeptoren:

Geruchshaltige Moleküle binden an ihren Rezeptoren auf der extrazellulären Seite. Diese Rezeptoren werden wiederum an ein G -Protein gebunden, das aktiviert ist, das wiederum das Adenylciclase -Protein aktiviert.

Das AMPC verbindet sich einer intrazellulären Übergangsstelle von Calciumkanälen.

Als wäre es ein Domino -Effekt, verbindet Calcium eine Stelle, um einen anderen Chlorkanal zu verknüpfen, der seine Öffnung und Ausfahrt dieses Ions erzeugt, was zu einer Depolarisation der Riechzelle führt.

Es ist wichtig zu beachten, dass die von den Liganden oder den Stimuli erzeugten Änderungen, die die ionischen Kanäle beeinflussen.

Mit anderen Worten, die Konformationsänderungen, die ein Tor bewegen und einen Kanal schließen oder öffnen können.

Andere Aktivierungs- und Inaktivierungsmechanismen

Einige Kanäle, insbesondere spannungsabhängige Kanäle, können in einen refraktären Zustand eingeben, in dem sich dieselbe Spannung ändert, die sie jetzt nicht mehr aktiviert hat.

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Beispielsweise öffnet die Spannungsänderung in spannungsabhängigen Calciumkanälen den Kanal, und das Calcium tritt ein. Sobald in der Zelle das gleiche Ionen an einer Gelenkanschlussstelle verbindet und es schließt.

Eine andere Form der reversiblen Inaktivierung des Calciumkanals, der seine Refraktär nach der Aktivierung erklärt.

Das heißt, ein Calciumkanal kann aufgrund des Vorhandenseins pathologisch hoher Ionkonzentrationen irreversibel inaktiviert werden, die die Rekrutierung von Entfaltungsenzymen anderer Proteine ​​vermitteln, die durch Kalzium aktiviert sind.

Die von Ligando regulierten Kanäle können in einen feuerfestigen Zustand eingehen, wenn sie auf ihren Liganden verlängert werden, und erhalten diesen Mechanismus den Namen der Desensibilisierung.

Medikamente, Gifte und Toxine können die Regulierung ionischer Kanäle beeinflussen, sie schließen oder offen halten oder in einigen Fällen die Ligandenstelle besetzen und damit ihre Funktion beeinträchtigen.

Funktionen

Ionenkanäle haben eine Vielzahl von Funktionen, die direkt oder indirekt.

- Sie sind verantwortlich für die Regulierung des Ionenflusses durch das Plasma und die Organelmembranen aller Zellen.

- Lassen Sie die Existenz der Kontrolle über die intrazellulären Konzentrationen der verschiedenen Ionen.

- In Neuronen und in Muskelzellen steuern ionische Kanäle die Variationen des Membranpotentials, die während der Aktionspotentiale und während der post -synaptischen post -synaptischen Potentiale von Effektorzellen auftreten.

- Calciumkanäle, die Netto -Calciumflüsse zum intrazellulären Raum erzeugen, sind für die Aktivierung zahlreicher Enzyme und Proteine ​​verantwortlich.

- Ebenso initiiert die Zunahme des Kalziums aufgrund einer Zunahme des Transports den Befreiungsmechanismus von Neurotransmitter auf den synaptischen Raum der Neuronen.

- Daher hängt die Funktion von ionischen Kanälen auch mit zellulären Kommunikationsmechanismen zusammen.

General des Transports durch die Membran

Wie oben erwähnt, können die membranalen Transportmechanismen aktiv oder verbindlich sein oder nicht die Energie der Zelle, in der sie gefunden werden. Passive Mechanismen werden als einfache Diffusion und erleichterte Diffusion klassifiziert.

Einfache Diffusion

Einfache Diffusion ermöglicht den Durchgang durch die Phospholipidstruktur von kleinen Fettmolekülen mit kleinen Fettsemperaturen mit apolaren und lastfreien Merkmalen.

So sind beispielsweise Gase wie Sauerstoff (O2) und Kohlendioxid (CO2), Ethanol und Harnstoff, um nur einige zu nennen, zugunsten ihres Konzentrationsgradienten.

Erleichterte Diffusion

Die disseminierte Diffusion ist eine, die durch Protein erleichtert wird, und dieser passive Transportmechanismus gibt es zwei Arten: Ionenkanäle und Transportproteine ​​oder Transportproteine.

Ionenkanäle sind der am häufigsten verwendete Mechanismus durch Ionentransportzellen, die nicht durch einfache Diffusion bestehen können, entweder weil sie elektrische Ladung und Membranphospholipide haben, die sie aufgrund ihrer Größe und Polarität oder eines anderen Merkmals abweisen.

Die durch Transportproteine ​​bereitgestellte Diffusion wird für den Transport größerer Substanzen mit oder ohne Last verwendet, z. B. Glukose und andere Zucker.

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Der aktive membranale Transport tritt gegen den Konzentrationsgradienten des transportierten gelösten gelösten gelösten auf und erfordert den ATP -verpfändeten Energieverbrauch. Unter den Transportern dieser Art sind Pumpen und Vesikulartransport.

Als Beispiel für die Pumpen ist das Natrium/Kalium, das drei Sodios nimmt und zwei Kalium einführt. Es gibt auch Kalziumpumpen.

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Als Beispiel für den vesikulären Transport sind Endozytose, Exozytose, Pinozytose und Phagozytose; All diese aktiven Transportmechanismen.

Arten von Ionenkanälen

Ab diesem Zeitpunkt wird auf ionische Kanäle Bezug.

Im Allgemeinen ist jeder dieser Kanäle spezifisch für ein einzelnes Ion, wobei die Voraussetzung einiger Kanäle, die den Transport von Ionenpaaren ermöglichen.

Strukturschema eines ionischen Kanals (Quelle: Outslider (Paweł Tokarz) bei PL.Wikipedia [Public Domain] über Wikimedia Commons)

Eine Möglichkeit, ionische Kanäle zu klassifizieren. Somit wurden passive Kanäle, durch Spannung regulierte Kanäle (spannungsabhängig), Kanäle, die durch Ligando regulierte und durch mechanische Stimuli regulierte Kanäle reguliert werden.

- Passive Kanäle: Es sind Kanäle, die dauerhaft geöffnet sind und auf keine Art von Stimulus reagieren. Diese sind spezifisch für bestimmte Ionen.

- Spannungsabhängige Kanäle: Diese können angesichts von Änderungen der Membranspannung geöffnet oder geschlossen werden (abhängig vom Kanal). Sie sind sehr wichtig für die Zellsignale, insbesondere im Zentralnervensystem von Säugetieren.

- Leichte Kanäle: Auch Kanäle mit Verknüpfungstür bezeichnet oder durch Verknüpfung reguliert werden, sind in den verschiedenen Körperzellen des Menschen weit verbreitet, aber im Nervensystem bilden sie die von Neurotransmitter aktivierten ionischen Kanälen und sind für die synaptische Übertragung und interzelluläre Beschilderung essentiell.

Beispiel für ligandenabhängige Ionenkanäle, die durch Neurotransmitter aktiviert sind, sind Natrium-/Kaliumkanäle, die durch Glutamat aktiviert werden.

Die Aktivierung von cholinergen Rezeptoren, in diesem Fall die Vereinigung von Acetylcholin zur postsynaptischen Membran (Kanalligand), öffnet ligandenabhängige Natriumkanäle und ermöglicht den Eintritt dieses Ionen nach seinem Konzentrationsgradienten.

- Kanäle, die durch mechanische Reize reguliert werden: Es sind Kanäle, die durch Dehnungen oder Druck aktiviert werden können. Diese mechanischen Kräfte werden durch das Zytoskelett auf den Kanal übertragen und der Kanal öffnet.

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