Ionkanaler

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 31. august 2019; checks kræver 23 redigeringer .

Ionkanaler  er poredannende proteiner (enkelte eller hele komplekser), der opretholder den potentielle forskel , der eksisterer mellem de ydre og indre sider af cellemembranen af ​​alle levende celler . De er transportproteiner . Med deres hjælp bevæger ioner sig i henhold til deres elektrokemiske gradienter gennem membranen. Sådanne komplekser er et sæt af identiske eller homologe proteiner tæt pakket i lipiddobbeltlaget af membranen omkring vandporen. Kanaler er placeret i plasmalemmaet og nogle af cellens indre membraner.

Na + ( natrium ), K + ( kalium ), Cl- ( chlor ) og Ca2 + ( calcium ) ioner passerer gennem ionkanalerne . På grund af åbning og lukning af ionkanaler ændres koncentrationen af ​​ioner på forskellige sider af membranen, og membranpotentialet forskydes.

Kanalproteiner er sammensat af underenheder , der danner en struktur med en kompleks rumlig konfiguration, hvor der ud over poren normalt er molekylære systemer med åbning, lukning, selektivitet , inaktivering , modtagelse og regulering . Ionkanaler kan have flere steder (steder) til binding til kontrolstoffer.

Typer af ionkanaler

Klassificering af ionkanaler udføres i henhold til forskellige parametre, og derfor er der endnu ingen enkelt samlet klassificering for dem.

Så en klassificering er mulig i henhold til strukturen (strukturen) og oprindelsen fra den samme type gener .

Ifølge dette princip skelnes der for eksempel tre familier af ligand-aktiverede ionkanaler [1] :

  1. med purinreceptorer (ATP-aktiveret) ;
  2. med nikotiniske ACh - receptorer , GABA , glycin og serotoninreceptorer ; _
  3. med glutamatreceptorer . _

I dette tilfælde falder ionkanaler med forskellig ionselektivitet såvel som med receptorer for forskellige ligander i den samme familie . Men på den anden side har de proteiner, der danner disse kanaler, stor lighed i struktur og oprindelse.

Ionkanaler kan også klassificeres efter selektivitet afhængigt af de ioner, der passerer gennem dem : natrium, kalium, calcium, chlorid , proton ( brint ).

I henhold til den funktionelle klassifikation [2] er ionkanaler grupperet efter måder at styre deres tilstand i følgende typer:

  1. Uadministreret (uafhængig).
  2. Potentialstyret (potentialfølsomt, spændingsafhængigt, spændingsstyret).
  3. Ligand-kontrolleret (kemo-kontrolleret, kemosensitiv, kemo-afhængig, ligand-afhængig, receptor- aktiveret).
  4. Indirekte kontrolleret (sekundært kontrolleret, ion-aktiveret, ionafhængig, messenger - kontrolleret, kontrolleret af metabotrope receptorer ).
  5. Co-administreret ( NMDA -receptor-kanal kompleks). De åbnes samtidigt af både ligander og et vist elektrisk potentiale i membranen . Vi kan sige, at de har en dobbelt kontrol. Eksempel: NMDA-receptor-kanalkompleks, som har et komplekst kontrolsystem, der omfatter 8 receptorsites-sites, hvortil forskellige ligander kan binde.
  6. Stimulus - kontrolleret (mekanosensitiv, mekanosensitiv, aktiveret ved at strække lipid-dobbeltlaget, protonaktiveret , temperaturfølsom).
  7. Actin -kontrollerede (actin-regulerede, actin-regulerede, actin-gatede kanaler).
  8. Connexons (dobbelte porer).

To typer kanaler er mest almindelige: ionkanaler med ligand-gatede porte (placeret, især i den postsynaptiske membran af neuromuskulære forbindelser) og ionkanaler med voltage-gatede porte. Ligandafhængige kanaler omdanner kemiske signaler, der kommer til cellen, til elektriske signaler; de er især nødvendige for driften af ​​kemiske synapser . Spændingsstyrede kanaler er nødvendige for aktionspotentialeudbredelse .

Drift af ionkanaler

Ukontrollerede (uafhængige) ionkanaler

Disse kanaler er normalt åbne og tillader konstant ioner at passere gennem dem ved diffusion langs deres koncentrationsgradient og/eller langs den elektriske ladningsgradient på begge sider af membranen. Nogle ukontrollerede kanaler adskiller stoffer og passerer gennem sig selv langs koncentrationsgradienten alle molekyler mindre end en vis størrelse, de kaldes "ikke-selektive kanaler" eller "porer". Der er også "selektive kanaler", som på grund af deres diameter og strukturen af ​​den indre overflade kun bærer visse ioner. Eksempler: kaliumkanaler involveret i dannelsen af ​​hvilemembranpotentialet, chloridkanaler , epitheliale natriumkanaler , erythrocytanionkanaler . [3]

Spændingsstyrede ionkanaler

Disse kanaler er ( calciumkanaler L- , N- , P- , Q- , R- , T-typer , potentialeafhængige anioniske kanaler ) er ansvarlige for udbredelsen af ​​aktionspotentialet, de åbner og lukker som reaktion på en ændring i membranpotentialet . For eksempel natriumkanaler. Hvis membranpotentialet holdes ved hvilepotentialet , er natriumkanalerne lukkede, og der er ingen natriumstrøm. Hvis membranpotentialet skifter i positiv retning, åbner natriumkanalerne sig, og natriumioner begynder at trænge ind i cellenlangs koncentrationsgradienten . 0,5 ms efter etableringen af ​​en ny værdi af membranpotentialet vil denne natriumstrøm nå et maksimum. Og efter et par millisekunder falder den til næsten 12. Under hvilemembranpotentialet er den intracellulære koncentration af natriumioner 12 mmol/liter, og den ekstracellulære koncentration er 145 mmol/liter. Det betyder, at kanalerne lukker efter nogen tid på grund af inaktivering, selvom cellemembranen forbliver depolariseret . Men når de er lukkede, er de forskellige fra den tilstand, de var i før åbningen, nu kan de ikke åbne som reaktion på membrandepolarisering, det vil sige, de er inaktiveret . I denne tilstand vil de forblive, indtil membranpotentialet vender tilbage til sin oprindelige værdi, og en genopretningsperiode finder sted, som tager flere millisekunder.

Ligand-gatede ionkanaler

Disse kanaler åbner, når en neurotransmitter binder sig til deres ydre receptorsteder og ændrer deres konformation . Åbning lukker de ioner ind og ændrer derved membranpotentialet . Ligandafhængige kanaler er næsten ufølsomme over for ændringer i membranpotentialet. De genererer et elektrisk potentiale, hvis styrke afhænger af mængden af ​​mediator, der kommer ind i den synaptiske kløft , og den tid, den er der.

Egenskaber for ionkanaler

Kanalerne er karakteriseret ved ionspecificitet . Kanaler af den ene type passerer kun kaliumioner, den anden - kun natriumioner osv.

Selektivitet  er selektivt øget ionkanalpermeabilitet for visse ioner og reduceret for andre. En sådan selektivitet bestemmes af det selektive filter, det smalleste punkt i kanalporen. Filteret kan udover smalle dimensioner også have en lokal elektrisk ladning.

Kontrolleret permeabilitet  er evnen til at åbne eller lukke under visse kontrolhandlinger på kanalen.

Inaktivering  er en ionkanals evne til automatisk at sænke dens permeabilitet et stykke tid efter dens åbning, selvom den aktiverende faktor, der åbnede dem, fortsætter med at fungere.

Blokering er en ionkanals evne til under påvirkning af blokerende stoffer at fikse en af ​​dens tilstande og ikke reagere på almindelige kontrolhandlinger. Blokering er forårsaget af blokerende stoffer, som kan kaldes antagonister, blokkere eller lytika.

Plasticitet  er en ionkanals evne til at ændre dens egenskaber, dens egenskaber. Den mest almindelige mekanisme, der giver plasticitet, er phosphoryleringen af ​​aminosyrerne i kanalproteiner fra den cytoplasmatiske side af membranen ved hjælp af proteinkinase- enzymer .

Discovery

Grundlæggeren af ​​membranteorien om biopotentialer var Julius Bernstein . Ionkanalmodellen blev beskrevet af Alan Hodgkin og Andrew Huxley i en række artikler i 1952. For opdagelser vedrørende de ioniske mekanismer for excitation og inhibering i de perifere og centrale områder af nervecellernes membran modtog A. Hodgkin og E. Huxley 1963 Nobelprisen i fysiologi eller medicin . De delte det med John Eccles , som studerede mekanismerne for transport af forskellige ioner i excitatoriske og hæmmende synapser . De klassiske værker af Hodgkin og Huxley tjente som grundlag for efterfølgende undersøgelser af den strukturelle og funktionelle organisation og mekanismer for regulering af ionkanaler i forskellige celletyper [4] .

Ionkanal i kunst

Den 1,5 meter høje Birth of an Idea-skulptur baseret på KcsA-kaliumkanalstrukturen blev skabt til Nobelpristageren Roderick MacKinnon [5] . Værket indeholder en trådramme, der holder en blæst gul glasgenstand, der repræsenterer hovedhulrummet i kanalstrukturen.

Se også

Noter

  1. ↑ Ionkanaler i en exciterbar celle (struktur, funktion, patologi) / Zefirov A. L., Sitdikova G. F. Kazan: Art Cafe, 2010. 271 s.
  2. ↑ Sazonov V. F. Funktionel klassifikation af membranionkanaler // Videnskabelige værker fra III Congress of Physiologists of the CIS. M.: Medicin-Sundhed, 2011. S. 72.
  3. ↑ Membranionkanaler Arkivkopi dateret 13. december 2011 på Wayback Machine / Sazonov V. F., kandidat for biologiske videnskaber.
  4. ↑ Ionisk teori om nerveimpulser
  5. ↑ Ball, Philip. Digelen: Kunst inspireret af videnskab skal være mere end blot et smukt billede  //  Chemistry World :magasin. - 2008. - Marts ( bind 5 , nr. 3 ). - S. 42-43 . Arkiveret fra originalen den 20. juni 2013.

Bibliografi

Links

  Gå til Wikidata-elementet  Ordbøger og encyklopædier
 Membran transport
Mekanismer til transport af kemikalier over cellemembranen
Passiv transport
aktiv transport
cytose
Endocytose
ExocytoseDegranulation