Ionikanavien rakenne, toiminnot, tyypit

Se ionikanavat Ne ovat onttoja kalvorakenteita, jotka muodostavat kanavia tai huokoset, jotka ylittävät kalvon paksuuden ja kommunikoivat solun ulkopinnan sytosolillaan ja päinvastoin; Joillakin voi olla porttijärjestelmä, joka säätelee sen avaamista.

Nämä kanavat ovat täynnä vettä ja hallitsevat spesifisten ionien kulkua toiselle kalvon toiselle. Ne muodostuvat proteiineista, jotka ovat tyypillisiä solukalvoille, jotka muodostavat lieriömäisen putken muotoiset rakenteet, jotka kulkevat niiden läpi.

Ionisen kanavan avoin ja suljettu konformaatio (lähde: Efazzari [CC BY-SA 4.0 (https: // creativecommons.Org/lisenssit/by-SA/4.0)] Wikimedia Commonsin kautta)

Kuljetusmekanismit näiden kalvojen läpi voidaan luokitella laajasti passiiviseen tai aktiiviseen kuljetukseen. Velat ovat ne, jotka sallivat aineiden läpäisemisen pitoisuusgradienttien hyväksi, sillä välin varat vaativat energiankulutusta, koska ne syrjäyttävät aineita pitoisuusgradienttien suhteen.

Ionikanavat muodostavat passiivisen kuljetusmekanismin, joka voidaan luokitella niiden spesifisyyden mukaan, ts.

https: // giphy.com/gifs/ionikanava-y07c7ocoigykjl6tzz

Näiden kalvojen kuljetusjärjestelmien päätehtävä on sallia aineiden säännelty kulku soluissa tai sen ulkopuolella ja siten ylläpitää ionien ja muiden aineiden solunsisäisiä pitoisuuksia.

Solukalvojen ja ionisten kanavien läsnäolo pohjimmiltaan solunsisäisen ja solunulkoisen väliaineen pitoisuuserojen ylläpitämiseksi, jolla on merkitystä monista näkökulmista.

Ionikanavat, etenkin riippuvaiset ligandit, ovat erittäin tärkeitä farmakologiassa ja lääketieteessä, koska monet lääkkeet voivat jäljitellä luonnollisten ligandien toimintoja ja liittyä kanavaan, avaamalla tai sulkemalla sen, tapauksen mukaan.

Muut lääkkeet kykenevät estämään unionin alueen ja estämään siten luonnollisen ligandin vaikutuksen.

[TOC]

Rakenne

Ionikanavien rakenne muodostetaan spesifisillä kalvon läpäisemällä proteiineilla, joilla on putkimainen muoto ja jättävät huokosen tai reikän, joka mahdollistaa viestintä solun sisä- ja ulkopinnan välillä tai solunsisäisten osastojen välillä (organelit).

Jokainen ioninen kanava merkitsee kalvon spesifistä rakenneproteiinia ja yli 100 geeniä, jotka koodaavat spesifisiä ionikanavia.

Esimerkiksi natriumkanavalle 10 geeniä, joita kutsutaan SCN jotka koodaavat erilaisia ​​proteiineja, jotka on jaettu eri kudoksiin tietyillä toiminnoilla ja rakenteilla.

Samoin huomattava määrä geenejä, jotka kodivat erilaisia ​​proteiineja, jotka muodostavat kaliumkanavat, jotka kuuluvat eri perheille ja joilla on erilaisia ​​mekanismeja aktivoitumiseen, avaamiseen ja inaktivointiin.

Ionikanavan proteiinirakenne

Tyypillisesti kalvoon liittyvä funktionaalinen ionikanava koostuu 4 - 6 samanlaisen polypeptidin alayksiköiden (homo -oligomeerien) tai erilaisten (hetero -oligomeerien) kokoonpanosta, jotka muodostavat keskikehityksen niiden välillä.

Ionisen kanavan kalvojen alayksiköiden kaavio (lähde: Efazzari [CC BY-SA 4.0 (https: // creativecommons.Org/lisenssit/by-SA/4.0)] Wikimedia Commonsin kautta)

Jokainen alayksikkö vaihtelee kanavan ominaisuuksien ja ominaisuuksien mukaan, koska monet ovat erityisiä tietyille ioneille ja niillä on monipuoliset avaus- ja sulkemismekanismit.

Voi palvella sinua: cnidosyytit: ominaisuudet, rakenne, toiminnot, tyypit

Jotkut kanavat koostuvat yhdestä polypeptidiketjusta, joka on järjestetty toistuviin motiiviin, jotka kulkevat kalvon paksuuden läpi ja toimivat proteiinin alayksikön ekvivalenttina useita kertoja.

Näiden alayksiköiden lisäksi, jotka tunnetaan kirjallisuudessa nimellä α -alayksiköt, joillakin ionisilla kanavilla on myös yksi tai useampi apuyksikkö (ß tai γ), jotka säätelevät niiden avaamista ja sulkemista.

Kunkin kanavan spesifisyys liittyy läpäisevän proteiinien muodostaman huokosen halkaisijaan ja aminohappojen sivuketjuihin (─R), jotka tekevät niistä.

Tällä tavalla on kanavia, jotka kaipaavat vain natriumia, kaliumia, kalsiumioneja ja niin edelleen, koska sivuketjut toimivat "seulana".

Ylimääräiset rakenteelliset ominaisuudet

Toinen tärkeä ominaisuus monille kanaville on portit. Kanavat, joilla on nämä ominaisuudet, voidaan avata tai sulkea paikallisten muutosten edessä.

Kanavan tyypistä riippuen nämä muutokset voivat olla mekaanisia, lämpöä (lämpötilan muutokset), sähköiset (jännitteen muutokset) tai kemikaalit (ligandin sitominen).

Kuitenkin So -nostoissa passiivisissa ionikanavissa, jotka pysyvät avoimina ja sallivat määritettyjen ionien spesifisen vaiheen, näillä rakenteilla ei ole portteja tai ne ovat herkkiä ligandeille tai muille ärsykkeille.

Muissa ionisissa kanavissa, jotka ovat herkkiä ligandien esiintymiselle tai kytkemiselle, ligandille on sitoutumiskohta joko solunulkoisella puolella tai solusytosolilla, ja näissä tapauksissa huokoset tai kanavat ovat portti, joka voidaan avata tai sulkea Hänen ligandin aseman mukaan.

Sekuntien lähettiläiden mekanismi kanavien avaamiseen tai sulkemiseen

Jos ligandilla on paikka solunsisäisessä osassa, näillä kanavilla on yleensä toinen lähettiläistä, kuten ligandit. Esimerkki ionisista kanavista, jotka avautuvat tai lähellä toisen lähettiläiden mekanismeja, on hajureseptorit:

Hadoriferenssimolekyylit sitoutuvat reseptoreihinsa solunulkoisella puolella. Nämä reseptorit puolestaan ​​kiinnitetään G -proteiiniin, joka aktivoituu puolestaan ​​aktivoi AMPC: n muodostavan adenyylisiklaasiproteiinin, joka on toinen lähettiläs.

AMPC liittyy kalsiumkanavien solunsisäiseen liitoskohtaan, mikä johtaa sen avautumiseen ja kalsiumin sisäänpääsyyn soluun.

Ikään kuin se olisi dominovaikutus, Calsium liittyy paikkaan yhdistääkseen toisen kloorikanavan, joka tuottaa tämän ionin avautumisen ja poistumisen aiheuttaen hajukennon depolarisaation.

On tärkeää huomata, että ligandien tai ionisiin kanaviin vaikuttavien ärsykkeiden tuottamat muutokset vastaavat kanavan rakenteen muodostavien proteiinien konformaatiomuutoksia.

Toisin sanoen, konformaatiomuutokset, jotka voivat liikuttaa porttia ja sulkea tai avata kanavaa.

Muut aktivointi- ja inaktivointimekanismit

Jotkut kanavat, erityisesti jännitteestä riippuvat kanavat, voivat siirtyä tulenkestävään tilaan, jonka aikana sama jännitteen muutos, joka aktivoi ne nyt, ei enää aktiivisesti niitä.

Se voi palvella sinua: Solu -biologia: Historia, mitä tutkimuksia, sovelluksia ja käsitteitä

Esimerkiksi jännitteestä riippuvaisissa kalsiumkanavissa jännitteenmuutos avaa kanavan ja kalsiumin saapuvat ja kun solun sisällä on, sama ioni liittyy yhteiseen kanavan liitäntäkohteeseen ja se sulkeutuu.

Toinen kalsiumkanavan palautuvan inaktivoinnin muoto, joka selittää sen tulenkestävän aktivoinnin jälkeen, on kanavan parasforylaatio sisäisen kalsiumpitoisuuden lisääntymisen vuoksi.

Toisin sanoen kalsiumkanava voidaan inaktivoida peruuttamattomasti ionin patologisesti korkeiden pitoisuuksien läsnäolon vuoksi, jotka välittävät muiden kalsiumin aktivoitujen muiden proteiinien taiteiden entsyymien rekrytointia.

Ligandon säätämät kanavat voivat siirtyä tulenkestävään tilaan, kun niitä jatketaan pitkittyneinä ligandiinsa, vastaanottaen tämän mekanismin desensibilisaation nimi.

Huumeet, myrkkyt ja toksiinit voivat vaikuttaa ionikanavien säätelyyn, niiden sulkemiseen tai niiden pitämiseen avoimina tai joissain tapauksissa ligandisivuston miehittäminen ja siten häiritsevät niiden toimintaa.

Funktiot

Ionikanavilla on funktioiden moninkertaisuus, suora tai epäsuora.

- Ne vastaavat ionien virtauksen säätelemisestä kaikkien solujen plasman ja organelarikalvojen läpi.

- Salli eri ionien solunsisäisten pitoisuuksien hallinnan olemassaolo.

- Neuroneissa ja lihassoluissa ioniset kanavat hallitsevat membraanipotentiaalin variaatioita, jotka tapahtuvat toimintapotentiaalien aikana ja posti -synaptisten post -synaptisten efektorisolujen potentiaalien aikana.

- Kalsiumkanavat, jotka tuottavat nettokalsiumvirtoja solunsisäiseen tilaan.

- Samoin kalsiumin lisääntyminen kuljetuksen lisääntymisestä aloittaa välittäjäaineiden vapauttamisen mekanismin neuronien synaptiseen tilaan.

- Siksi ionisten kanavien toiminta liittyy myös solujen viestintämekanismeihin.

Kuljetuksen kenraali kalvon läpi

Kuten edellä todettiin, kalvojen kuljetusmekanismit voivat olla aktiivisia tai vastuita solun energian mukaan. Passiiviset mekanismit luokitellaan yksinkertaiseksi diffuusioksi ja helpotettuksi diffuusioksi.

Yksinkertainen diffuusio

Yksinkertainen diffuusio mahdollistaa pienen rasvan liukoisten molekyylien fosfolipidirakenteen läpi, apolaarisilla ja kuormitusvapaalla ominaisuuksilla.

Siten esimerkiksi kaasut, kuten happi (O2) ja hiilidioksidi (CO2), etanoli ja urea, mainitakseni muutamia, kulkevat niiden pitoisuusgradientin hyväksi.

Helpotettu diffuusio

Hajautettu diffuusio on sellainen, jota helpottaa proteiini ja tämä passiivinen kuljetusmekanismi on kahta tyyppiä: ionikanavat ja kuljetusproteiinit tai kuljetusproteiinit.

Ionikanavat ovat ionin kuljetussolujen eniten käytetty mekanismi, joka ei pääse yksinkertaisella diffuusiolla, joko siksi, että niillä on sähkövaraus ja kalvon fosfolipidit hylkäävät ne koon ja napaisuuden tai muun ominaisuuden vuoksi.

Kuljetusproteiinien tarjoamaa diffuusiota käytetään suurempien aineiden kuljettamiseen kuormituksella tai ilman sitä, kuten glukoosi ja muut sokerit.

Voi palvella sinua: käyttöliittymä

Aktiivinen kalvokuljetus tapahtuu kuljetetun liuenneen aineen pitoisuusgradientin suhteen ja vaatii ATP: n muotoisen energiankulutuksen. Tämän tyyppisten kuljettajien joukossa ovat pumput ja vesikulaarinen kuljetus.

Esimerkki pumppuista on natrium/kalium, joka vie kolme sodiota ja tuo kaksi kaliumia. On myös kalsiumpumppuja.

https: // giphy.com/gifs/qsib5zeioyrufkuusb

Esimerkki vesikulaarisesta kuljetuksesta ovat endosytoosi, eksosytoosi, pinosytoosi ja fagosytoosi; Kaikki nämä aktiiviset kuljetusmekanismit.

Ionikanavat

Tästä hetkestä lähtien viitataan ionisiin kanaviin, jotka sallivat ionien kulkemisen kalvon läpi sen pitoisuusgradienttien hyväksi, ts. Ne ovat passiivisia kuljetuskanavia.

Yleensä jokainen näistä kanavista on erityinen yhdelle ionille, ja muutaman kanavan varaus, joka sallii ionin kuljetuksen.

Ionikanavan rakenteellinen kaavio (lähde: Outslider (Paweł Tokarz) PL: llä.Wikipedia [julkinen alue] Wikimedia Commonsin kautta)

Yksi tapa luokitella ionikanavat on niiden ryhmitteleminen sen avaamisesta vastaavan mekanismin mukaan. Siten passiiviset kanavat, jännitteen (jännitteestä riippuvainen) säätelevät kanavat, ligandon säätelemät kanavat ja mekaanisilla ärsykkeillä säätelevät kanavat.

- Passiiviset kanavat: Ne ovat kanavia, jotka ovat pysyvästi avoimia eivätkä reagoi minkään tyyppisiin ärsykkeisiin; Nämä ovat erityisiä tietyille ioneille.

- Jännitteestä riippuvat kanavat: Ne voidaan avata tai sulkea (kanavasta riippuen) kalvojännitteen muutosten edessä. Ne ovat erittäin tärkeitä solun signaloinnissa, etenkin nisäkkäiden keskushermostossa.

- Valosta riippuvat kanavat-.

Esimerkki neurotransmittereiden aktivoituista ligandiriippuvaisista ionikanavista ovat glutamaatin aktivoituja natrium/kaliumkanavia.

Kolinergisten reseptorien aktivointi, tässä tapauksessa asetyylikoliinin liitos postsynaptiseen kalvoon (kanavaligandi), avaa ligandiriippuvaisia ​​natriumkanavia ja sallii tämän ionin pääsyn sen pitoisuusgradientin jälkeen.

- Kanavat säätelevät mekaaniset ärsykkeet: Ne ovat kanavia, jotka voidaan aktivoida venyttämällä tai paineella. Nämä mekaaniset voimat siirretään kanavalle sytoskeleton läpi ja kanava aukeaa.

Viitteet

1. Karhu, m. F., Connors, b. W -., & Paradiso, M. -Lla. (Toim.-A. (2007). Neurotiede (Vol. 2). Lippinott Williams & Wilkins.
2. Biokemian ja molekyylin biofysiikan laitos Thomas Jesell, Siegelbaum, S., & Hudspeth, a. J -. (2000). Neuraalitieteen periaatteet (Vol. 4, pp. 1227-1246). JA. R -. Kandel, J. H. Schwartz, & t. M. Jesell (toim.-A. New York: McGraw-Hill.
3. Lewis, c. -Lla., & Stevens, c. F. (1983). Asetyylikoliinikanava -ionin selektiivisyys: INS Kokee vesipitoisen ympäristön. Kansallisen tiedeakatemian julkaisut, 80(19), 6110-6113.
4. Nelson, D. Lens., Lehninger, a. Lens., & Cox, M. M. (2008). Lehninger -biokemian periaatteet. Macmillan.
5. Rawn, j. D -d. (1998). Biokemia. Burlington, Massachusetts: Neil Patterson Publishers.
6. Viana, f., ja Peña ja., & Belmonte, c. (2002). Kylmän termojen transduktion spesifisyys määritetään differentiaalisella ionikanavan ekspressiolla. Luonnon neurotiede, 5(3), 254.