القنوات الأيونية: ما هي ، أنواعها. وكيف تعمل في الخلايا

القنوات الأيونية عبارة عن مجمعات بروتينية، الموجودة في أغشية الخلايا ، والتي تنظم العمليات الحيوية مثل ضربات القلب أو نقل الإشارات بين الخلايا العصبية.

سنشرح في هذه المقالة ما تتكون منه ، وما هي وظيفتها وهيكلها ، وما هي أنواع القنوات الأيونية الموجودة وعلاقتها بالأمراض المختلفة.

• مقالات لها صلة: "إمكانات العمل: ما هي وما هي مراحلها؟"

ما هي القناة الأيونية؟

نحن نفهم من خلال القنوات الأيونية مجمعات بروتينية مليئة بالمسام المائية ، والتي تسمح بمرور الأيونات، مما يتسبب في تدفقها عبر غشاء الخلية. هذه القنوات موجودة في جميع الخلايا ، والتي تعتبر مكونًا أساسيًا لها.

كل خلية محاطة بغشاء يفصلها عن البيئة الخارجية. هيكلها ثنائي الطبقة الدهنية لا يسهل اختراقه للجزيئات القطبية مثل الأحماض الأمينية أو الأيونات. لذلك ، من الضروري نقل هذه المواد داخل وخارج الخلية عن طريق بروتينات الغشاء مثل المضخات والناقلات والقنوات الأيونية.

القنوات تتكون من واحد أو أكثر من البروتينات المختلفة تسمى الوحدات الفرعية (ألفا ، بيتا ، جاما ، إلخ). عندما يجتمع العديد منهم معًا ، فإنهم ينشئون بنية دائرية يوجد في وسطها ثقب أو مسام ، مما يسمح بمرور الأيونات.

إحدى خصائص هذه القنوات هي انتقائية. هذا هو ، هم تحديد أن بعض الأيونات غير العضوية تمر عبرها وليس غيرهاحسب القطر وتوزيع الأحماض الأمينية.

يتم تنظيم فتح وإغلاق القنوات الأيونية بواسطة عوامل مختلفة ؛ منبه أو مستشعر معين هو ما يحدد أنها تتقلب من حالة إلى أخرى عن طريق تغيير تكوينها.

الآن دعونا نرى ما هي الوظائف التي تؤديها وما هي بنيتها.

الوظائف والهيكل

وراء العمليات الخلوية الأساسية ، مثل إفراز الناقلات العصبية أو نقل الإشارات الكهربائية ، توجد القنوات الأيونية ، التي تمنح قدرات كهربائية وسريعة الإثارة للخلايا. وعندما تفشل ، يمكن أن تحدث العديد من الأمراض (والتي سنتحدث عنها لاحقًا).

يحدث هيكل القنوات الأيونية في شكل بروتينات عبر الغشاء و بمثابة نظام بوابة لتنظيم مرور الأيونات (البوتاسيوم ، الصوديوم ، الكالسيوم ، الكلور ، إلخ) عبر المسام.

حتى سنوات قليلة مضت ، كان يُعتقد أن المسام ومستشعر الجهد يقترنان من خلال a رابط أو "رابط" (حلزوني مكون من حوالي 15 حمضًا أمينيًا) ، والذي يمكن تنشيطه بحركة المستشعر الجهد االكهربى. آلية الاقتران هذه بين جزأي القناة الأيونية هي الآلية الأساسية التي لطالما كانت نظرية.

في الآونة الأخيرة ، ومع ذلك ، كشف بحث جديد عن مسار آخر يتضمن قطعة من الأحماض الأمينية مكونة من جزء من مستشعر الجهد وجزء من المسام. سيتناسب هذان الجزءان معًا مثل سحاب لتحريك فتح أو إغلاق القناة. في المقابل ، يمكن لهذه الآلية الجديدة أن تفسر الاكتشافات الحديثة التي فيها البعض القنوات الأيونية ذات الجهد الكهربائي (بعضها مسؤول عن وظائف مثل ضربات القلب) فقط رابط.

القنوات الأيونية ذات الجهد الكهربائي هي مجرد واحدة من أنواع القنوات الحالية ، ولكن هناك المزيد: دعنا نرى ما هي بعد ذلك.

• قد تكون مهتمًا بـ: "ما هي اجزاء العصبون؟"

أنواع القنوات الأيونية

يمكن أن تكون آليات تنشيط القنوات الأيونية من عدة أنواع: عن طريق الترابط ، بالجهد أو بالمنبهات الميكانيكية الحساسة.

1. القنوات الأيونية ليجند

هذه القنوات الأيونية يفتح استجابةً لارتباط بعض الجزيئات والناقلات العصبية. ترجع آلية الفتح هذه إلى تفاعل مادة كيميائية (يمكن أن تكون هرمونًا أو ببتيدًا أو ناقلًا عصبيًا) مع جزء من القناة يسمى المستقبل ، والذي يولد تغييرًا في الطاقة الحرة ويعدل تكوين البروتين ، ويفتح قناة.

المستفيد من أستيل (ناقل عصبي يشارك في نقل الإشارات بين الأعصاب والعضلات الحركية) من النوع النيكوتين ، هو واحد من أكثر القنوات الأيونية ذات بوابات الترابط المدروسة. يتكون من 5 وحدات فرعية من 20 حمض أميني ويشارك في الوظائف الأساسية مثل السيطرة الطوعية على الحركة أو الذاكرة أو الانتباه أو النوم أو اليقظة أو القلق.

2. القنوات الأيونية ذات الجهد الكهربائي

هذا النوع من القنوات فتح استجابة للتغيرات في الجهد الكهربائي عبر غشاء البلازما. تشارك القنوات الأيونية ذات الجهد الكهربائي في نقل النبضات الكهربائية وتوليدها جهد الفعل بسبب التغيرات في الاختلاف في الشحنات الكهربائية على جانبي غشاء.

يحدث تدفق الأيونات في عمليتين: عن طريق التنشيط ، عملية تعتمد على الجهد: يتم فتح القناة استجابة للتغيرات في إمكانات الغشاء (الاختلاف في الجهد الكهربائي على جانبي غشاء)؛ وإلغاء التنشيط ، وهي عملية تنظم إغلاق القناة.

الوظيفة الرئيسية للقنوات الأيونية ذات الجهد الكهربائي هي توليد إمكانات العمل وانتشارها. هناك عدة أنواع وأهمها:

2.1. قناة نا +

وهي عبارة عن بروتينات عبر الغشاء تسمح بمرور أيونات الصوديوم عبر الخلية. النقل الأيوني سلبي ويعتمد فقط على الجهد الكهروكيميائي للأيون (لا يتطلب طاقة في شكل جزيء ATP). في الخلايا العصبية ، تكون قنوات الصوديوم مسؤولة عن المرحلة الصاعدة من جهد الفعل. (نزع الاستقطاب).

2.2. قناة K +

تشكل هذه القنوات الأيونية أكثر مجموعة غير متجانسة من بروتينات الغشاء الهيكلي. في الخلايا العصبية ، ينشط إزالة الاستقطاب قنوات K ويسهل خروج K + من الخلية العصبية ، مما يؤدي إلى عودة استقطاب إمكانات الغشاء.

23. قناة Ca ++

تعزز أيونات الكالسيوم اندماج غشاء الحويصلة المشبكية (الهياكل الموجودة في نهاية المحور العصبي والمسؤول عن إفراز النواقل العصبية) مع الغشاء الطرفي للمحور العصبي في عصبون تحفيز إطلاق الأسيتيل كولين في الشق المشبكي عن طريق آلية خروج الخلايا.

2.4 CL- قناة

هذا النوع من القنوات الأيونية مسؤول عن تنظيم استثارة الخلية ، والنقل بين الخلايا ، وكذلك إدارة درجة الحموضة وحجم الخلية. تعمل القنوات الموجودة في الغشاء على تثبيت إمكانات الغشاء في الخلايا القابلة للإثارة. هم أيضا مسؤولة عن النقل بين خلايا الماء والكهارل.

3. القنوات الأيونية التي تنظمها محفزات حساسة للميكانيكا

هذه القنوات الأيونية فتح ردا على الإجراءات الميكانيكية. يمكن العثور عليها ، على سبيل المثال ، في كريات Paccini (المستقبلات الحسية في الجلد التي تستجيب للاهتزازات السريعة و إلى الضغط الميكانيكي العميق) ، والذي يفتح عن طريق شد غشاء الخلية من خلال تطبيق الشد و / أو ضغط.

اعتلالات القناة: الأمراض المرتبطة بهذه الجزيئات

من وجهة نظر فسيولوجية ، القنوات الأيونية ضرورية لتوازن أجسامنا. يتسبب خللها الوظيفي في سلسلة كاملة من الأمراض ، تُعرف باسم اعتلالات القناة. يمكن أن تنتج هذه عن طريق نوعين من الآليات: التغيرات الجينية وأمراض المناعة الذاتية.

من بين التغييرات الجينية ، هناك طفرات تحدث في منطقة ترميز الجين لقناة أيونية. من الشائع أن تنتج هذه الطفرات سلاسل متعددة الببتيد لا تتم معالجتها بشكل صحيح ولا يتم دمجها في غشاء البلازما ؛ أو عندما تتزاوج الوحدات الفرعية وتشكل القنوات ، فإنها لا تعمل.

الاحتمال الآخر المتكرر هو أنه على الرغم من أنها قنوات وظيفية ، فإنها تنتهي بإظهار حركيات متغيرة. على أي حال ، غالبًا ما تؤدي إلى اكتساب أو فقدان وظيفة القناة.

أيضًا يمكن أن تحدث الطفرات في منطقة المروج للجين الذي يرمز لقناة أيونية. يمكن أن يسبب هذا نقصًا في التعبير أو الإفراط في التعبير عن البروتين ، مما يؤدي إلى حدوث تغييرات في عدد القنوات ، مما قد يؤدي أيضًا إلى زيادة أو نقصان في وظائفه.

في الوقت الحاضر ، تُعرف العديد من الأمراض المرتبطة بالقنوات الأيونية في الأنسجة المختلفة. على المستوى العضلي الهيكلي ، الطفرات في قنوات الصوديوم والبوتاسيوم والكالسيوم وقنوات الكلور ذات الجهد الكهربائي وفي قناة أستيل كولين تؤدي إلى اضطرابات مثل الشلل الناجم عن فرط بوتاسيوم الدم ونقص بوتاسيوم الدم ، التوتر العضلي ، ارتفاع الحرارة الخبيث والوهن العضلي.

على مستوى الخلايا العصبية ، تم اقتراح إجراء تغييرات في قنوات Na + ذات الجهد الكهربائي ، وقنوات K + و Ca ++ بالجهد ، يمكن للقناة التي يتم تنشيطها بواسطة الأسيتيل كولين أو القناة التي يتم تنشيطها بواسطة الجلايسين أن تفسر اضطرابات مثل الصرع والرنح الصداع النصفي العرضي ، الصداع النصفي الفالجي العائلي ، متلازمة لامبرت إيتون ، مرض الزهايمر ، مرض باركنسون ، و فُصام.

المراجع الببليوجرافية:

• ج. ت. مينينديز ، "المسام والقنوات الأيونية تنظم نشاط الخلية ،" في أناليس دي لا ريال أكاديميا ناسيونال دي فارماسيا ، 2004 ، ص. 23.
• آنا آي. فرنانديز مارينو ، تايلر ج. هاربول وكيفين أويلستروم ولوسي ديلموت وبارون تشاندا. "خرائط تفاعل البوابات تكشف عن وضع الاقتران الكهروميكانيكي غير الكنسي في قناة شاكر K +". الطبيعة البنائية والبيولوجيا الجزيئية 25: 320-326 ، أبريل 2018.
• ز. آيزنمان وج. داني. آن (1987). مقدمة في العمارة الجزيئية ونفاذية القنوات الأيونية. القس. بيوفيز. بيوفيز. شيم ، 16. ص. 205-226.
• ايدلي ، د. ج. (1989) فسيولوجيا الخلايا المنشطة. صحافة جامعة كامبرج.