იონური არხები: რა არის ისინი, ტიპები. და როგორ მუშაობენ ისინი უჯრედებში

იონური არხები ცილოვანი კომპლექსებია, მდებარეობს უჯრედის მემბრანებში, რომლებიც არეგულირებენ სასიცოცხლო პროცესებს, როგორიცაა გულისცემა ან ნეირონებს შორის სიგნალების გადაცემა.

ამ სტატიაში ჩვენ ვაპირებთ ავხსნათ რისგან შედგება ისინი, რა არის მათი ფუნქცია და სტრუქტურა, რა სახის იონური არხები არსებობს და მათი კავშირი სხვადასხვა დაავადებებთან.

• დაკავშირებული სტატია: "მოქმედების პოტენციალი: რა არის და რა ფაზები აქვს?"

რა არის იონური არხი?

ჩვენ გვესმის იონური არხებით ცილის კომპლექსები, რომლებიც ივსება წყლიანი ფორებით, რომლებიც იონებს გავლის საშუალებას აძლევს, რის შედეგადაც ისინი მიედინება უჯრედის მემბრანაში. ეს არხები წარმოდგენილია ყველა უჯრედში, რომლის აუცილებელი კომპონენტია.

თითოეული უჯრედი გარშემორტყმულია მემბრანით, რომელიც გამოყოფს მას გარე გარემოსგან. მისი ლიპიდური ორშრიანი სტრუქტურა არ არის ადვილად გამტარი პოლარული მოლეკულებისთვის, როგორიცაა ამინომჟავები ან იონები. აქედან გამომდინარე, აუცილებელია ამ ნივთიერებების ტრანსპორტირება უჯრედში და მის გარეთ მემბრანული ცილების საშუალებით, როგორიცაა ტუმბოები, გადამტანები და იონური არხები.

არხები შედგება ერთი ან რამდენიმე განსხვავებული ცილისგან, რომელსაც ეწოდება ქვედანაყოფი (ალფა, ბეტა, გამა და ა.შ.). როდესაც რამდენიმე მათგანი ერთიანდება, ისინი ქმნიან წრიულ სტრუქტურას, რომლის ცენტრში არის ხვრელი ან ფორა, რომელიც იონების გავლის საშუალებას იძლევა.

ამ არხების ერთ-ერთი თავისებურება მათი შერჩევითობაა; ანუ ისინი დაადგინეთ, რომ ზოგიერთი არაორგანული იონი გადის და არა სხვები, მისი ამინომჟავების დიამეტრისა და განაწილების მიხედვით.

იონური არხების გახსნა და დახურვა რეგულირდება სხვადასხვა ფაქტორებით; კონკრეტული სტიმული ან სენსორი არის ის, რაც განსაზღვრავს, რომ ისინი ცვალებადობენ ერთი მდგომარეობიდან მეორეში მათი შემადგენლობის შეცვლით.

ახლა ვნახოთ, რა ფუნქციებს ასრულებენ ისინი და როგორია მათი სტრუქტურა.

ფუნქციები და სტრუქტურა

არსებითი უჯრედული პროცესების მიღმა, როგორიცაა ნეიროტრანსმიტერების სეკრეცია ან ელექტრული სიგნალების გადაცემა, დგას იონური არხები, რომლებიც ანიჭებს უჯრედებს ელექტრო და აგზნებადობის შესაძლებლობებს. და როდესაც ისინი ვერ ხერხდება, შეიძლება მოხდეს მრავალი პათოლოგია (რაზეც მოგვიანებით ვისაუბრებთ).

იონური არხების სტრუქტურა ხდება ტრანსმემბრანული ცილების სახით და იმოქმედოს როგორც კარიბჭე სისტემა ფორებში იონების (კალიუმის, ნატრიუმის, კალციუმის, ქლორის და სხვ.) გავლის დასარეგულირებლად.

რამდენიმე წლის წინ ითვლებოდა, რომ ფორები და ძაბვის სენსორი იყო შეწყვილებული ა დამაკავშირებელი ან "მაკავშირებელი" (დაახლოებით 15 ამინომჟავის სპირალი), რომელიც შეიძლება გააქტიურდეს სენსორის მოძრაობით ვოლტაჟი. ეს შეერთების მექანიზმი იონური არხის ორ ნაწილს შორის არის კანონიკური მექანიზმი, რომელიც ყოველთვის იყო თეორიული.

თუმცა, ახლახან, ახალმა კვლევამ აჩვენა კიდევ ერთი გზა, რომელიც მოიცავს ამინომჟავების სეგმენტს, რომელიც შედგება ძაბვის სენსორის ნაწილისა და ფორის ნაწილისგან. ეს ორი სეგმენტი ელვისებურივით მოერგება არხის გახსნას ან დახურვას. თავის მხრივ, ამ ახალ მექანიზმს შეუძლია ახსნას ბოლო აღმოჩენები, რომლებშიც ზოგიერთი ძაბვით შეკრული იონური არხები (ზოგიერთი პასუხისმგებელი ფუნქციებზე, როგორიცაა გულისცემა) მხოლოდ ა დამაკავშირებელი.

ძაბვით შეკრული იონური არხები მხოლოდ ერთ-ერთია არსებული არხების ტიპებიდან, მაგრამ არის უფრო მეტი: ვნახოთ, რა იქნება ისინი შემდეგში.

• შეიძლება დაგაინტერესოთ: "რა ნაწილებისგან შედგება ნეირონი?"

იონური არხების ტიპები

იონური არხების გააქტიურების მექანიზმები შეიძლება იყოს რამდენიმე ტიპის: ლიგანდის, ძაბვის ან მექანიკური მგრძნობიარე სტიმულის საშუალებით.

1. ლიგანდ-დახურული იონური არხები

ეს იონური არხები ღიაა გარკვეული მოლეკულების და ნეიროტრანსმიტერების შეკავშირების საპასუხოდ. გახსნის ეს მექანიზმი განპირობებულია ქიმიური ნივთიერების (რომელიც შეიძლება იყოს ჰორმონი, პეპტიდი ან ნეიროტრანსმიტერი) ურთიერთქმედებით. არხის ნაწილით, რომელსაც ეწოდება რეცეპტორი, რომელიც ქმნის თავისუფალ ენერგიაში ცვლილებას და ცვლის ცილის კონფორმაციას, ხსნის არხი.

მიმღები აცეტილქოლინი (ნეიროტრანსმიტერი, რომელიც მონაწილეობს საავტომობილო ნერვებსა და კუნთებს შორის სიგნალების გადაცემაში) ნიკოტინის ტიპის, არის ერთ-ერთი ყველაზე შესწავლილი ლიგანდ-გადახურული იონური არხი. იგი შედგება 20 ამინომჟავის 5 ქვედანაყოფისგან და ჩართულია ძირითად ფუნქციებში, როგორიცაა მოძრაობის, მეხსიერების, ყურადღების, ძილის, სიფხიზლის ან შფოთვის ნებაყოფლობითი კონტროლი.

2. ძაბვით შეკრული იონური არხები

ასეთი არხები ღიაა პლაზმური მემბრანის ელექტრული პოტენციალის ცვლილებების საპასუხოდ. ელექტრული იმპულსების გადაცემაში ჩართულია ძაბვით შეკრული იონური არხები, რომლებიც წარმოქმნიან მოქმედების პოტენციალი ორივე მხარეს ელექტრული მუხტების სხვაობის ცვლილების გამო მემბრანა.

იონების ნაკადი ხდება ორ პროცესში: გააქტიურებით, ძაბვაზე დამოკიდებული პროცესი: არხი იხსნება. მემბრანის პოტენციალის ცვლილებების საპასუხოდ (ელექტრული პოტენციალის განსხვავება ორივე მხარეს მემბრანა); და ინაქტივაცია, პროცესი, რომელიც არეგულირებს არხის დახურვას.

ძაბვით შეკრული იონური არხების ძირითადი ფუნქციაა სამოქმედო პოტენციალის წარმოქმნა და მათი გავრცელება. არსებობს რამდენიმე სახეობა და მთავარია:

2.1. Na+ არხი

ისინი ტრანსმემბრანული ცილებია, რომლებიც უჯრედში ნატრიუმის იონების გავლის საშუალებას იძლევა. იონის ტრანსპორტი პასიურია და დამოკიდებულია მხოლოდ იონის ელექტროქიმიურ პოტენციალზე (ის არ საჭიროებს ენერგიას ATP მოლეკულის სახით). ნეირონებში ნატრიუმის არხები პასუხისმგებელნი არიან მოქმედების პოტენციალის ზრდის ფაზაზე. (დეპოლარიზაცია).

2.2. K+ არხი

ეს იონური არხები წარმოადგენს სტრუქტურული მემბრანის ცილების ყველაზე ჰეტეროგენულ ჯგუფს. ნეირონებში დეპოლარიზაცია ააქტიურებს K+ არხებს და აადვილებს K+ გამოსვლას ნერვული უჯრედიდან, რაც იწვევს მემბრანის პოტენციალის რეპოლარიზაციას.

23. Ca++ არხი

კალციუმის იონები ხელს უწყობენ სინაფსური ვეზიკულის მემბრანის შერწყმას (სტრუქტურები, რომლებიც მდებარეობს ნეირონული აქსონის ბოლო და პასუხისმგებელია ნეიროტრანსმიტერების სეკრეციაზე) აქსონის ტერმინალური მემბრანით ნეირონი, აცეტილქოლინის გამოყოფის სტიმულირება სინაფსურ ჭრილში ეგზოციტოზის მექანიზმით.

2.4. Cl- არხი

ამ ტიპის იონური არხები პასუხისმგებელნი არიან უჯრედების აგზნებადობის რეგულირებაზე, უჯრედებს შორის ტრანსპორტირებაზე, აგრეთვე PH და უჯრედის მოცულობის მართვაზე. მემბრანაში მდებარე არხები ასტაბილურებენ მემბრანის პოტენციალს აგზნებადებულ უჯრედებში. არიან აგრეთვე პასუხისმგებელია წყლისა და ელექტროლიტების უჯრედებს შორის ტრანსპორტირებაზე.

3. იონური არხები რეგულირდება მექანიკური მგრძნობიარე სტიმულებით

ეს იონური არხები ღიაა მექანიკური მოქმედებების საპასუხოდ. ისინი შეიძლება მოიძებნოს, მაგალითად, პაჩინის სხეულში (კანის სენსორული რეცეპტორები, რომლებიც რეაგირებენ სწრაფ ვიბრაციაზე და ღრმა მექანიკურ წნევამდე), რომელიც იხსნება უჯრედის მემბრანის გაჭიმვით დაძაბულობის და/ან გამოყენების გზით წნევა.

არხოპათია: ამ მოლეკულებთან დაკავშირებული პათოლოგიები

ფიზიოლოგიური თვალსაზრისით, იონური არხები აუცილებელია ჩვენი სხეულის ჰომეოსტატიკური ბალანსისთვის. მისი დისფუნქცია იწვევს დაავადებების მთელ რიგს, რომლებიც ცნობილია როგორც არხოპათია. ეს შეიძლება წარმოიქმნას ორი ტიპის მექანიზმით: გენეტიკური ცვლილებები და აუტოიმუნური დაავადებები.

გენეტიკურ ცვლილებებს შორის არის მუტაციები, რომლებიც ხდება იონური არხის გენის კოდირების რეგიონში. ხშირია ამ მუტაციების წარმოქმნა პოლიპეპტიდური ჯაჭვები, რომლებიც არ არის სწორად დამუშავებული და არ არის ჩართული პლაზმურ მემბრანაში; ან, როდესაც ქვედანაყოფები წყვილდებიან და ქმნიან არხებს, ეს არ არის ფუნქციონალური.

კიდევ ერთი ხშირი შესაძლებლობა არის ის, რომ მიუხედავად იმისა, რომ ისინი ფუნქციური არხებია, ისინი საბოლოოდ აჩვენებენ შეცვლილ კინეტიკას. ნებისმიერ შემთხვევაში, ისინი ხშირად იწვევს არხის ფუნქციის მომატებას ან დაკარგვას.

ასევე მუტაციები შეიძლება მოხდეს გენის პრომოტორულ რეგიონში, რომელიც კოდირებს იონურ არხს. ამან შეიძლება გამოიწვიოს ცილის არასაკმარისი ან გადაჭარბებული გამოხატულება, რამაც გამოიწვია ცვლილებები არხების რაოდენობაში, რაც ასევე გამოიწვევს მისი ფუნქციონირების გაზრდას ან შემცირებას.

დღეისათვის ცნობილია მრავალი პათოლოგია, რომელიც დაკავშირებულია სხვადასხვა ქსოვილებში იონურ არხებთან. ძვალ-კუნთოვან დონეზე, მუტაციები ძაბვით შეზღუდულ Na+, K+, Ca++ და Cl- არხებში და აცეტილქოლინის არხში. გამოიწვიოს ისეთი დარღვევები, როგორიცაა ჰიპერკალიემია და ჰიპოკალიემიური დამბლა, მიოტონია, ავთვისებიანი ჰიპერთერმია და მიასთენია.

ნეირონულ დონეზე, შემოთავაზებულია ცვლილებები ძაბვით შემოსაზღვრულ Na+ არხებში, K+ და Ca++ არხებში. ძაბვით, აცეტილქოლინით გააქტიურებული არხი ან გლიცინით გააქტიურებული არხი შეიძლება ახსნას ისეთი დარღვევები, როგორიცაა ეპილეფსია, ატაქსია. ეპიზოდური შაკიკი, ოჯახური ჰემიპლეგიური შაკიკი, ლამბერტ-იტონის სინდრომი, ალცჰეიმერის დაავადება, პარკინსონის დაავადება და შიზოფრენია.

ბიბლიოგრაფიული ცნობები:

• ჯ. თ. მენენდეზი, „ფორები და იონური არხები არეგულირებენ უჯრედების აქტივობას“, Anales de la Real Academia Nacional de Farmacia, 2004, გვ. 23.
• ანა ი. ფერნანდეს-მარინო, ტაილერ ჯ. ჰარპოლი, კევინ ოლსტრომი, ლუსი დელმოტი და ბარონ ჩანდა. „კარიბჭის ურთიერთქმედების რუქები აჩვენებს არაკანონიკურ ელექტრომექანიკურ შეერთების რეჟიმს Shaker K+ არხში“. Nature სტრუქტურული და მოლეკულური ბიოლოგია 25: 320–326, 2018 წლის აპრილი.
• გ. ეიზენმანი და ჯ. დანი. ენ (1987). შესავალი მოლეკულურ არქიტექტურაში და იონური არხების გამტარიანობაში. რევ. ბიოფისი. ბიოფისი. ქიმი, 16. გვ. 205-226.
• ეიდლი, დ. ჯ. (1989) აგზნებადი უჯრედების ფიზიოლოგია. კემბრიჯის უნივერსიტეტის გამოცემა.