Saluran ionik: apa itu, tipe. dan bagaimana mereka bekerja dalam sel

Saluran ion adalah kompleks protein, terletak di membran sel, yang mengatur proses vital seperti detak jantung atau transmisi sinyal antar neuron.

Pada artikel ini kami akan menjelaskan terdiri dari apa saja, apa fungsi dan strukturnya, jenis saluran ion apa yang ada dan hubungannya dengan berbagai penyakit.

• Artikel terkait: "Potensi aksi: apa itu dan apa fase-fasenya?"

Apa itu saluran ion?

Kami mengerti dengan saluran ion kompleks protein diisi dengan pori-pori berair, yang memungkinkan ion untuk lewat, menyebabkan mereka mengalir melintasi membran sel. Saluran ini ada di semua sel, yang merupakan komponen penting.

Setiap sel dikelilingi oleh membran yang memisahkannya dari lingkungan luar. Struktur lapisan ganda lipidnya tidak mudah ditembus oleh molekul polar seperti asam amino atau ion. Oleh karena itu, perlu untuk mengangkut zat-zat ini masuk dan keluar sel melalui protein membran seperti pompa, pengangkut, dan saluran ion.

saluran terdiri dari satu atau lebih protein berbeda yang disebut subunit

(alfa, beta, gama, dll). Ketika beberapa dari mereka bersatu, mereka menciptakan struktur melingkar di tengahnya terdapat lubang atau pori, yang memungkinkan lewatnya ion.

Salah satu kekhasan saluran ini adalah selektivitasnya; yaitu, mereka menentukan bahwa beberapa ion anorganik melewati dan bukan yang lain, tergantung pada diameter dan distribusi asam aminonya.

Pembukaan dan penutupan saluran ion diatur oleh berbagai faktor; stimulus atau sensor tertentu adalah yang menentukan bahwa mereka berfluktuasi dari satu keadaan ke keadaan lain dengan mengubah komposisinya.

Sekarang mari kita lihat fungsi apa yang mereka penuhi dan apa strukturnya.

Fungsi dan struktur

Di belakang proses seluler esensial, seperti sekresi neurotransmiter atau transmisi sinyal listrik, terdapat saluran ion memberi kemampuan listrik dan rangsangan ke sel. Dan ketika gagal, banyak patologi dapat terjadi (yang akan kita bicarakan nanti).

Struktur saluran ion terjadi dalam bentuk protein transmembran dan bertindak sebagai sistem gerbang untuk mengatur aliran ion (kalium, natrium, kalsium, klorin, dll.) melalui pori-pori.

Sampai beberapa tahun yang lalu diperkirakan bahwa pori-pori dan sensor tegangan digabungkan melalui a linker atau "linker" (spiral sekitar 15 asam amino), yang dapat diaktifkan dengan gerakan sensor tegangan. Mekanisme kopling antara dua bagian saluran ion ini adalah mekanisme kanonik yang selalu diteorikan.

Namun, baru-baru ini, penelitian baru telah menemukan jalur lain itu melibatkan segmen asam amino yang terdiri dari bagian sensor tegangan dan bagian pori. Kedua segmen ini akan menyatu seperti ritsleting untuk memicu pembukaan atau penutupan saluran. Pada gilirannya, mekanisme baru ini dapat menjelaskan penemuan baru-baru ini, di mana beberapa di antaranya saluran ion tegangan-gated (beberapa bertanggung jawab untuk fungsi seperti detak jantung) hanya dengan a linker.

Saluran ion tegangan-gated hanyalah salah satu dari jenis saluran yang ada, tetapi masih ada lagi: mari kita lihat apa yang selanjutnya.

• Anda mungkin tertarik pada: "Apa saja bagian-bagian dari neuron?"

Jenis saluran ion

Mekanisme aktivasi saluran ion dapat terdiri dari beberapa jenis: dengan ligan, dengan tegangan atau dengan rangsangan mekanosensitif.

1. Saluran ion ligan-gated

Saluran ion ini terbuka sebagai respons terhadap pengikatan molekul dan neurotransmiter tertentu. Mekanisme pembukaan ini disebabkan oleh interaksi zat kimia (yang bisa berupa hormon, peptida atau neurotransmitter) dengan bagian saluran yang disebut reseptor, yang menghasilkan perubahan energi bebas dan mengubah konformasi protein, membuka saluran.

Penerima dari asetilkolin (neurotransmiter yang terlibat dalam transmisi sinyal antara saraf motorik dan otot) dari jenis nikotinik, adalah salah satu saluran ion yang diikat ligan yang paling banyak dipelajari. Ini terdiri dari 5 subunit dari 20 asam amino dan terlibat dalam fungsi dasar seperti kontrol sukarela atas gerakan, ingatan, perhatian, tidur, kewaspadaan, atau kecemasan.

2. kanal ion dengan pintu bertegangan

Saluran semacam ini terbuka sebagai respons terhadap perubahan potensial listrik melintasi membran plasma. Saluran ion tegangan-gated terlibat dalam transmisi impuls listrik, pembangkit potensial aksi karena perubahan perbedaan muatan listrik di kedua sisi selaput.

Aliran ion terjadi dalam dua proses: dengan aktivasi, proses yang bergantung pada tegangan: saluran terbuka sebagai respons terhadap perubahan potensial membran (perbedaan potensial listrik di kedua sisi selaput); dan inaktivasi, suatu proses yang mengatur penutupan saluran.

Fungsi utama saluran ion tegangan-gated adalah pembentukan potensial aksi dan propagasinya. Ada beberapa jenis dan yang utama adalah:

2.1. saluran Na+

Mereka adalah protein transmembran yang memungkinkan lewatnya ion natrium melalui sel. Transpor ion bersifat pasif dan hanya bergantung pada potensi elektrokimia ion (tidak memerlukan energi dalam bentuk molekul ATP). Di neuron, saluran natrium bertanggung jawab atas fase naik dari potensial aksi. (depolarisasi).

2.2. saluran K+

Saluran ion ini merupakan kelompok protein membran struktural yang paling heterogen. Di neuron, depolarisasi mengaktifkan saluran K+ dan memfasilitasi jalan keluar K+ dari sel saraf, yang menyebabkan repolarisasi potensial membran.

23. saluran Ca++

Ion kalsium mempromosikan fusi membran vesikel sinaptik (struktur yang terletak di ujung akson saraf dan bertanggung jawab untuk mensekresi neurotransmiter) dengan membran terminal akson di saraf, merangsang pelepasan asetilkolin ke celah sinaptik melalui mekanisme eksositosis.

2.4. Saluran Cl

Jenis saluran ionik ini bertanggung jawab untuk mengatur rangsangan sel, transportasi antar sel, serta pengelolaan PH dan volume sel. Saluran yang terletak di membran menstabilkan potensi membran dalam sel yang dapat dieksitasi. juga merupakan bertanggung jawab untuk transportasi antara sel-sel air dan elektrolit.

3. Saluran ion diatur oleh rangsangan mekanosensitif

Saluran ion ini terbuka sebagai respons terhadap tindakan mekanis. Mereka dapat ditemukan, misalnya, di sel darah Paccini (reseptor sensorik di kulit yang merespons getaran cepat dan ke tekanan mekanis yang dalam), yang terbuka dengan meregangkan membran sel melalui penerapan tegangan dan/atau tekanan.

Channelopathies: patologi yang terkait dengan molekul-molekul ini

Dari sudut pandang fisiologis, saluran ion sangat penting untuk keseimbangan homeostatis tubuh kita. Disfungsinya menyebabkan serangkaian penyakit, yang dikenal sebagai channelopathies. Ini dapat diproduksi oleh dua jenis mekanisme: perubahan genetik dan penyakit autoimun.

Di antara perubahan genetik, ada mutasi yang terjadi di wilayah pengkodean gen untuk saluran ion. Biasanya mutasi ini menghasilkan rantai polipeptida yang tidak diproses dengan benar dan tidak dimasukkan ke dalam membran plasma; atau, ketika subunit berpasangan dan membentuk saluran, ini tidak berfungsi.

Kemungkinan lain yang sering terjadi adalah, meskipun mereka adalah saluran fungsional, mereka akhirnya menunjukkan kinetika yang berubah. Bagaimanapun, mereka sering mengarah pada keuntungan atau kerugian fungsi saluran.

Juga mutasi dapat terjadi di daerah promotor gen yang mengkode saluran ion. Hal ini dapat menyebabkan ekspresi protein yang kurang atau berlebih, menghasilkan perubahan jumlah saluran, yang juga akan menyebabkan peningkatan atau penurunan fungsinya.

Saat ini, banyak patologi yang terkait dengan saluran ion di berbagai jaringan telah diketahui. Pada tingkat muskuloskeletal, mutasi pada saluran Na+, K+, Ca++, dan Cl- bertegangan tegangan dan pada saluran asetilkolin menyebabkan gangguan seperti kelumpuhan hiperkalemik dan hipokalemik, miotonia, hipertermia maligna, dan miastenia.

Pada tingkat neuronal, telah diusulkan bahwa perubahan saluran Na+ bergerbang voltase, saluran K+ dan Ca++ dengan tegangan, saluran yang diaktifkan oleh asetilkolin atau yang diaktifkan oleh glisin, dapat menjelaskan gangguan seperti epilepsi, ataksia migrain episodik, migrain hemiplegik familial, sindrom Lambert-Eaton, penyakit Alzheimer, penyakit Parkinson, dan skizofrenia.

Referensi bibliografi:

• J. T. Menéndez, “Pori dan saluran ion mengatur aktivitas sel,” dalam Anales de la Real Academia Nacional de Farmacia, 2004, hal. 23.
• Ana I. Fernandez-Marino, Tyler J. Harpole, Kevin Oelstrom, Lucie Delemotte, dan Baron Chanda. “Peta interaksi gating mengungkapkan mode kopling elektromekanis nonkanonik di saluran Shaker K+”. Struktur Alam & Biologi Molekuler 25: 320–326, April 2018.
• G. Eisenman dan J.A. Dani. Ann (1987). Pengantar arsitektur molekuler dan permeabilitas saluran ion. Putaran. Biofisika. Biofisika. Kem, 16. hal. 205-226.
• Aidley, D. J. (1989) Fisiologi sel yang dapat dieksitasi. Pers Universitas Cambridge.