Ionische kanalen structuur, functies, typen

De Ionische kanalen Het zijn holle membranale structuren die kanalen of poriën vormen die de dikte van het membraan kruisen en de buitenkant van de cel communiceren met zijn cytosol en vice versa; Sommigen hebben misschien een poortsysteem dat de opening regelt.

Deze kanalen zitten vol met water en regelen de doorgang van specifieke ionen van de ene kant naar de andere van het membraan. Ze worden gevormd door eiwitten die typisch zijn voor celmembranen die cilindrische buisvormige structuren vormen die er doorheen gaan.

Open en gesloten conformatie van een ionisch kanaal (Bron: Efazzari [CC BY-SA 4.0 (https: // creativeCommons.Org/licenties/by-sa/4.0)] via Wikimedia Commons)

Transportmechanismen door deze membranen kunnen op grote schaal worden geclassificeerd in passief of actief transport. De verplichtingen zijn die die de doorgang van stoffen mogelijk maken ten gunste van hun concentratiegradiënten, ondertussen vereisen de activa energieverbruik, omdat ze stoffen verplaatsen tegen hun concentratiegradiënten.

Ionische kanalen vormen een passief transportmechanisme dat kan worden geclassificeerd volgens hun specificiteit, dat wil zeggen volgens het type ion dat ze laten passeren, of afhankelijk van de manier waarop ze openen of sluiten of sluiten.

https: // giphy.com/gifs/ion-channel-y07c7ocoigykjl6tzz

De belangrijkste functie van deze membranale transportsystemen is om de gereguleerde doorgang van stoffen in of buiten de cellen mogelijk te maken en dus intracellulaire concentraties van ionen en andere stoffen te handhaven.

De aanwezigheid van celmembranen en ionische kanalen fundamenteel voor het handhaven van concentratieverschillen tussen intracellulaire en extracellulaire media, die vanuit vele gezichtspunten relevant is.

Ionische kanalen, met name die afhankelijke ligand, zijn erg belangrijk in de farmacologie en geneeskunde, omdat veel medicijnen de functies van natuurlijke liganden kunnen nabootsen en het kanaal kunnen voegen, openen of sluiten, zoals het geval kan zijn.

Andere medicijnen kunnen de vakbondslocatie blokkeren en zo de werking van natuurlijke ligand voorkomen.

[TOC]

Structuur

De structuur van ionische kanalen wordt gevormd door specifieke transmembraaneiwitten die een buisvormige vorm hebben en een porie of gat achterlaten die communicatie tussen het binnenste en buitenkant van de cel of tussen intracellulaire compartimenten (organellen) mogelijk maakt.

Elk ionenkanaal impliceert een specifiek structureel eiwit van het membraan en meer dan 100 genen die coderen voor specifieke ionische kanalen zijn beschreven.

Voor het natriumkanaal, bijvoorbeeld, 10 genen genoemd SCN die coderen voor verschillende eiwitten die in verschillende weefsels worden verdeeld met bepaalde functies en structuren.

Evenzo is een aanzienlijke hoeveelheid genen die verschillende eiwitten codificeren die kaliumkanalen vormen die tot verschillende families behoren en verschillende mechanismen hebben voor activering, opening en inactivering.

Eiwitstructuur van een ionisch kanaal

Typisch is een functioneel ionisch kanaal geassocieerd met een membraan samengesteld uit de assemblage van 4 tot 6 vergelijkbare polypeptidesubeenheden (HOMO -oligomeren) of verschillende (hetero -oligomeren) die een centrale porie vormen ertussen.

Schema van de membranale subeenheden van een ionisch kanaal (Bron: Efazzari [CC BY-SA 4.0 (https: // creativeCommons.Org/licenties/by-sa/4.0)] via Wikimedia Commons)

Elke subeenheid varieert volgens de kenmerken en eigenschappen van het kanaal, omdat velen specifiek zijn voor bepaalde ionen en verschillende openings- en sluitingsmechanismen hebben.

Kan u van dienst zijn: cnidocyten: kenmerken, structuur, functies, typen

Sommige kanalen bestaan ​​uit een enkele polypeptideketen georganiseerd in herhaalde motieven die door de membraandikte gaan en functioneren als het equivalent van een eiwitsubeenheid meerdere keren.

Naast deze subeenheden, die in de literatuur bekend staan ​​als a -subeenheden, hebben sommige ionische kanalen ook een of meer hulpsubeenheden (ß of γ) die de opening en sluiting ervan reguleren.

De specificiteit van elk kanaal is gerelateerd aan de diameter van de porie gevormd door de transmembranale eiwitten en de laterale ketens (─R) van de aminozuren die ze verzinnen.

Op deze manier zijn er kanalen die alleen natrium, kalium, calciumionen enzovoort missen, omdat de zijketens fungeren als "zeef".

Aanvullende structurele kenmerken

Een ander belangrijk kenmerk van veel kanalen zijn de poorten. De kanalen met deze eigenschappen kunnen worden geopend of gesloten voor lokale veranderingen die plaatsvinden in de membranale microching die het kanaal omringt.

Afhankelijk van het type kanaal, kunnen deze veranderingen mechanisch, thermisch (temperatuurveranderingen), elektrische (spanningsveranderingen) of chemicaliën zijn (een ligand binden).

In de zo -aangedekte passieve ionische kanalen, die die open blijven en de specifieke stap van bepaalde ionen toestaan, hebben deze structuren geen poorten of zijn ze gevoelig voor liganden of andere soorten stimuli.

In andere ionische kanalen, die gevoelig zijn voor de aanwezigheid of verbinding van liganden, is er een bindingsplaats voor ligand aan de extracellulaire zijde of voor de celcytosol en in deze gevallen hebben de poriën of kanalen een poort die kan worden geopend of gesloten Volgens de status van zijn ligand.

Mechanisme van seconden boodschappers voor de opening of sluiting van kanalen

In het geval van het hebben van een plaats voor ligand in het intracellulaire gedeelte, hebben deze kanalen meestal tweede boodschappers zoals liganden. Een voorbeeld van ionische kanalen die openen of sluiten door mechanismen van tweede boodschappers is dat van reukreceptoren:

Geurige moleculen binden aan hun receptoren aan de extracellulaire zijde. Deze receptoren zijn op hun beurt bevestigd aan een G -eiwit dat wordt geactiveerd dat op zijn beurt het adenylciclase -eiwit activeert dat AMPC vormt, wat een tweede boodschapper is.

De AMPC sluit zich aan bij een intracellulaire junctieplaats van calciumkanalen, wat resulteert in de opening en calciuminvoer in de cel.

Alsof het een domino -effect is, voegt calcium zich aan bij een site om een ​​ander chloorkanaal te koppelen, dat de opening en uitgang van dit ion genereert, waardoor depolarisatie van de reukcel ontstaat.

Het is belangrijk op te merken dat de veranderingen die worden gegenereerd door de liganden of de stimuli die de ionische kanalen beïnvloeden, overeenkomen met de conformationele veranderingen van de eiwitten die de structuur van het kanaal vormen.

Met andere woorden, de conformationele veranderingen die een poort kunnen verplaatsen en een kanaal kunnen sluiten of openen, zijn niets meer dan de aanpak of afstand van de eiwitsubeenheden die het samenstellen.

Andere activering- en inactiveringsmechanismen

Sommige kanalen, met name spanningsafhankelijke kanalen, kunnen een refractaire toestand invoeren waarin dezelfde spanningsverandering die ze nu activeerde, ze nu niet langer actief.

Het kan u bedienen: Celbiologie: geschiedenis, welke studies, toepassingen en concepten

In spanningsafhankelijke calciumkanalen opent bijvoorbeeld de spanningsverandering het kanaal en calcium komt binnen en eenmaal in de cel verbindt hetzelfde ion een gezamenlijke kanaalverbindingsplaats en sluit deze af.

Een andere vorm van omkeerbare inactivering van het calciumkanaal dat zijn vuurvaste na activering verklaart, is de parasphorylering van het kanaal vanwege de toename van de interne calciumconcentratie.

Dat wil zeggen, een calciumkanaal kan onomkeerbaar worden geïnactiveerd vanwege de aanwezigheid van pathologisch hoge concentraties van het ion, die de werving van zich ontvouwende enzymen van andere eiwitten geactiveerd door calcium bemiddelen.

De door Ligando gereguleerde kanalen kunnen een refractaire toestand binnenkomen wanneer ze worden uitgebreid naar hun ligand, waardoor dit mechanisme de naam van desensibilisatie krijgt.

Geneesmiddelen, vergiften en toxines kunnen de regulering van ionische kanalen beïnvloeden, ze sluiten of open houden of, in sommige gevallen, de ligand -site bezetten en zich zo verstoren met hun functie.

Functie

Ionische kanalen hebben een veelvoud van functies, direct of indirect.

- Ze zijn verantwoordelijk voor het reguleren van de stroom van ionen door de plasma- en organelmembranen van alle cellen.

- Het bestaan ​​van controle toestaan ​​over de intracellulaire concentraties van de verschillende ionen.

- In neuronen en in spiercellen regelen ionische kanalen de variaties van het membraanpotentiaal dat optreden tijdens actiepotentialen en tijdens post -synaptische post -synaptische potentialen van effectorcellen.

- Calciumkanalen die netto calciumstromen tot intracellulaire ruimte genereren, zijn verantwoordelijk voor de activering van talloze enzymen en eiwitten die deelnemen aan vele metabole processen.

- Evenzo initieert de toename van calcium als gevolg van een toename van het transport het bevrijdingsmechanisme van neurotransmitters naar de synaptische ruimte van neuronen.

- Daarom is de functie van ionische kanalen ook gerelateerd aan cellulaire communicatiemechanismen.

Generaal van transport door het membraan

Zoals hierboven vermeld, kunnen de membranale transportmechanismen actief zijn of aansprakelijk zijn volgens of niet de energie van de cel waar ze worden gevonden. Passieve mechanismen worden geclassificeerd als eenvoudige diffusie en vergemakkelijkte diffusie.

Eenvoudige verspreiding

Eenvoudige diffusie maakt doorgang door de fosfolipide -structuur van klein -groot vet -oplosbare moleculen mogelijk, met apolaire en belastingvrije kenmerken.

Dus bijvoorbeeld gassen zoals zuurstof (O2) en koolstofdioxide (CO2), ethanol en ureum, om er maar een paar te noemen, passeren ten gunste van hun concentratiegradiënt.

Gefaciliteerde diffusie

De verspreide diffusie is er een die wordt vergemakkelijkt door eiwit en dit passieve transportmechanisme Er zijn twee soorten: ionkanalen en transporteiwitten of transporteiwitten.

Ionische kanalen zijn het meest gebruikte mechanisme door iontransportcellen die geen eenvoudige diffusie kunnen passeren, hetzij omdat ze elektrische lading hebben en membraanfosfolipiden ze afstoten, vanwege hun grootte en polariteit of een ander kenmerk.

De diffusie van transporteiwitten wordt gebruikt voor het transport van grotere stoffen met of zonder belasting, zoals glucose en andere suikers.

Kan u van dienst zijn: interface

Actief membranaal transport is er een die plaatsvindt tegen de concentratiegradiënt van de opgeloste stof die wordt getransporteerd en het ATP -vormige energieverbruik vereist. Onder de transporters van dit type zijn pompen en vesiculair transport.

Als een voorbeeld van de pompen is het natrium/kalium, dat drie sodios nodig heeft en twee kaliums introduceert. Er zijn ook calciumpompen.

https: // giphy.com/gifs/qsib5zeioyrufkuusb

Als een voorbeeld van vesiculair transport zijn endocytose, exocytose, pinocytose en fagocytose; Al deze actieve transportmechanismen.

Soorten ionkanalen

Vanaf dit punt wordt verwezen naar ionische kanalen die de doorgang van ionen door een membraan mogelijk maken ten gunste van zijn concentratiegradiënten, dat wil zeggen dat het passieve transportkanalen zijn.

Over het algemeen is elk van deze kanalen specifiek voor een enkel ion, met het voorbehoud van enkele kanalen die het transport van ionenparen mogelijk maken.

Structureel schema van een ionisch kanaal (Bron: OutSlider (Paweł Tokarz) op PL.Wikipedia [Public Domain] via Wikimedia Commons)

Een manier om ionische kanalen te classificeren is het groeperen van het mechanisme dat verantwoordelijk is voor de opening ervan. Aldus zijn passieve kanalen, kanalen gereguleerd door spanning (spanningafhankelijke), kanalen gereguleerd door ligando en kanalen gereguleerd door mechanische stimuli.

- Passieve kanalen: Het zijn kanalen die permanent open zijn en niet reageren op enig type stimulus; Deze zijn specifiek voor bepaalde ionen.

- Spanningsafhankelijke kanalen: Deze kunnen worden geopend of gesloten (afhankelijk van het kanaal) in het gezicht van veranderingen in de membraanspanning. Ze zijn erg belangrijk voor celsignalering, vooral in het centrale zenuwstelsel van zoogdieren.

- Lichtafhankelijke kanalen: Ook kanalen worden genoemd met het koppelen van deur of gereguleerd door koppeling, worden op grote schaal verdeeld in de verschillende lichaamscellen van mensen, maar in het zenuwstelsel vormen ze die ionische kanalen die worden geactiveerd door neurotransmitters en zijn ze essentieel voor synaptische transmissie en intercellulaire aanmelding.

Voorbeeld van ligand-afhankelijke ionkanalen geactiveerd door neurotransmitters zijn natrium-/kaliumkanalen geactiveerd door glutamaat.

De activering van cholinerge receptoren, in dit geval de vereniging van acetylcholine naar het postsynaptische membraan (kanaalligand), opent ligand-afhankelijke natriumkanalen en maakt het mogelijk om deze ion na zijn concentratiegradiënt te maken.

- Kanalen gereguleerd door mechanische stimuli: Het zijn kanalen die kunnen worden geactiveerd door uitzetting of druk. Deze mechanische krachten worden via het cytoskelet op het kanaal overgebracht en het kanaal wordt geopend.

Referenties

1. Beer, m. F., Connors, B. W., & Paradiso, m. NAAR. (Eds.)). (2007). Neurowetenschap (Vol. 2). Lippinott Williams & Wilkins.
2. Afdeling Biochemie en Molecular Biophysics Thomas Jesell, Siegelbaum, S., & Hudspeth, een. J. (2000). Principes van neurale wetenschap (Vol. 4, pp. 1227-1246). EN. R. Kandel, J. H. Schwartz, & T. M. Jesell (eds.)). New York: McGraw-Hill.
3. Lewis, C. NAAR., & Stevens, c. F. (1983). Acetylcholinekanaal ionenselectiviteit: INS ervaart een waterige omgeving. Proceedings of the National Academy of Sciences, 80(19), 6110-6113.
4. Nelson, D. L., Lehninger, een. L., & Cox, m. M. (2008). Lehninger -principes van biochemie. Macmillan.
5. Rawn, J. D. (1998). Biochemie. Burlington, Massachusetts: Neil Patterson Publishers.
6. Viana, f., van de Peña, en., & Belmonte, c. (2002). Specificiteit van koude thermo -transductie wordt bepaald door differentiële ionische kanaaluitdrukking. Nature Neuroscience, 5(3), 254.