Јонски канали: шта су, врсте. и како раде у ћелијама

Јонски канали су протеински комплекси, који се налази у ћелијским мембранама, који регулишу виталне процесе као што су откуцаји срца или пренос сигнала између неурона.

У овом чланку ћемо објаснити од чега се састоје, која је њихова функција и структура, које врсте јонских канала постоје и њихов однос са разним болестима.

• Повезани чланак: "Акциони потенцијал: шта је то и које су његове фазе?"

Шта је јонски канал?

Разумемо под јонским каналима протеински комплекси испуњени воденим порама, које пропуштају јоне, што доводи до њиховог протока кроз ћелијску мембрану. Ови канали су присутни у свим ћелијама, чија су суштинска компонента.

Свака ћелија је окружена мембраном која је одваја од спољашње средине. Његова липидна двослојна структура није лако пропустљива за поларне молекуле као што су аминокиселине или јони. Због тога је неопходно транспортовати ове супстанце у ћелију и ван ње помоћу мембранских протеина као што су пумпе, транспортери и јонски канали.

канали састоје се од једног или више различитих протеина који се називају подјединицама

(алфа, бета, гама, итд.). Када се неколико њих споји, стварају кружну структуру у чијем средишту се налази рупа или пора, која омогућава пролаз јонима.

Једна од посебности ових канала је њихова селективност; односно они утврдити да неки неоргански јони пролазе, а други не, у зависности од пречника и дистрибуције његових аминокиселина.

Отварање и затварање јонских канала регулисано је различитим факторима; специфични стимулус или сензор је оно што одређује да они флуктуирају из једног стања у друго мењајући њихов састав.

Сада да видимо које функције испуњавају и каква је њихова структура.

Функције и структура

Иза битних ћелијских процеса, као што су лучење неуротрансмитера или пренос електричних сигнала, стоје јонски канали, који дају електричне и ексцитативне способности ћелијама. А када не успеју, могу се појавити бројне патологије (о чему ћемо касније).

Структура јонских канала се јавља у облику трансмембранских протеина и делују као систем капија да регулише пролаз јона (калијум, натријум, калцијум, хлор, итд.) кроз поре.

До пре неколико година се сматрало да су поре и сензор напона спојени преко а линкер или "линкер" (спирала од око 15 аминокиселина), који се може активирати кретањем сензора Волтажа. Овај механизам спајања између два дела јонског канала је канонски механизам који је одувек био теоретизован.

Међутим, недавно су нова истраживања открила још један пут који укључује сегмент аминокиселина састављен од дела сензора напона и дела пора. Ова два сегмента би се уклапала заједно као патентни затварач да би покренула отварање или затварање канала. Заузврат, овај нови механизам могао би да објасни недавна открића, у којима неки јонски канали са напоном (неки су одговорни за функције као што су откуцаји срца) са само а линкер.

Напонски јонски канали су само један од постојећих типова канала, али има их још: да видимо шта су следеће.

• Можда ће вас занимати: "Који су делови неурона?"

Врсте јонских канала

Механизми за активацију јонских канала могу бити неколико типова: лигандом, напоном или механосензитивним стимулусом.

1. Јонски канали са лигандом

Ови јонски канали отварају као одговор на везивање одређених молекула и неуротрансмитера. Овај механизам отварања је последица интеракције хемијске супстанце (која може бити хормон, пептид или неуротрансмитер) са делом канала који се зове рецептор, који генерише промену слободне енергије и модификује конформацију протеина, отварајући канал.

Прималац ацетилхолин (неуротрансмитер укључен у пренос сигнала између моторних нерава и мишића) никотинског типа, један је од најпроучаванијих јонских канала лиганда. Састоји се од 5 подјединица од 20 аминокиселина и укључен је у основне функције као нпр добровољна контрола покрета, памћења, пажње, сна, будности или анксиозности.

2. напонски јонски канали

Овакви канали отворен као одговор на промене електричног потенцијала кроз плазма мембрану. Напонски јонски канали су укључени у пренос електричних импулса, генеришући акциони потенцијали услед промена у разлици електричних наелектрисања са обе стране мембрана.

Проток јона се одвија у два процеса: активацијом, процес зависан од напона: канал се отвара као одговор на промене у мембранском потенцијалу (разлика у електричном потенцијалу са обе стране мембрана); и инактивација, процес који регулише затварање канала.

Главна функција напонско вођених јонских канала је генерисање акционих потенцијала и њихово ширење. Постоји неколико врста, а главне су:

2.1. На+ канал

Они су трансмембрански протеини који омогућавају пролаз натријумових јона кроз ћелију. Транспорт јона је пасиван и зависи само од електрохемијског потенцијала јона (не захтева енергију у облику молекула АТП). У неуронима, натријумски канали су одговорни за фазу раста акционог потенцијала. (деполаризација).

2.2. К+ канал

Ови јонски канали чине најхетерогенију групу структурних мембранских протеина. У неуронима, деполаризација активира К+ канале и олакшава излазак К+ из нервне ћелије, што доводи до реполаризације мембранског потенцијала.

23. Ца++ канал

Јони калцијума подстичу фузију мембране синаптичких везикула (структуре које се налазе у крај неуронског аксона и одговоран за лучење неуротрансмитера) са терминалном мембраном аксона на неурон, стимулисање ослобађања ацетилхолина у синаптички расцеп механизмом егзоцитозе.

2.4. Цл-канал

Ова врста јонских канала одговорна је за регулисање ексцитабилности ћелије, транспорта између ћелија, као и за управљање ПХ и запремином ћелије. Канали смештени у мембрани стабилизују мембрански потенцијал у ексцитабилним ћелијама. су такође одговоран за транспорт воде и електролита између ћелија.

3. Јонски канали регулисани механосензитивним стимулусима

Ови јонски канали отворен као одговор на механичка дејства. Могу се наћи, на пример, у Пачинијевим корпускулима (сензорним рецепторима у кожи који реагују на брзе вибрације и до дубоког механичког притиска), који се отварају растезањем ћелијске мембране применом напетости и/или притисак.

Каналопатије: патологије повезане са овим молекулима

Са физиолошке тачке гледишта, јонски канали су неопходни за хомеостатску равнотежу нашег тела. Његова дисфункција изазива читав низ болести, познатих као каналопатије. Оне се могу произвести помоћу две врсте механизама: генетских промена и аутоимуних болести.

Међу генетским променама, постоје мутације које се јављају у кодирајућем региону гена за јонски канал. Уобичајено је да ове мутације производе полипептидне ланце који нису правилно обрађени и нису уграђени у плазма мембрану; или, када се подјединице спајају и формирају канале, оне нису функционалне.

Друга честа могућност је да, иако су функционални канали, на крају показују измењену кинетику. У сваком случају, често доводе до повећања или губитка функције канала.

Такође мутације се могу јавити у промоторском региону гена који кодира јонски канал. Ово може изазвати недовољну или прекомерну експресију протеина, стварајући промене у броју канала, што би такође изазвало повећање или смањење његове функционалности.

Тренутно је познато више патологија повезаних са јонским каналима у различитим ткивима. На мишићно-скелетном нивоу, мутације у напонским На+, К+, Ца++ и Цл- каналима и у ацетилхолинском каналу доводе до поремећаја као што су хиперкалемијска и хипокалемијска парализа, миотонија, малигна хипертермија и мијастенија.

На неуронском нивоу, предложено је да промене у напонским На+ каналима, К+ и Ца++ каналима напоном, канал активира ацетилхолином или онај активиран глицином, може објаснити поремећаје као што су епилепсија, атаксија епизодна мигрена, породична хемиплегична мигрена, Ламберт-Еатонов синдром, Алцхајмерова болест, Паркинсонова болест и шизофренија.

Библиографске референце:

• Ј. Т. Менендез, „Поре и јонски канали регулишу активност ћелија“, у Аналес де ла Реал Ацадемиа Национал де Фармациа, 2004, стр. 23.
• Ана И. Фернандес-Марино, Тајлер Џ. Харпол, Кевин Оелстром, Луцие Делемотте и Барон Цханда. „Мапе интеракције улаза откривају неканонски електромеханички начин спајања у Схакер К+ каналу“. Натуре Струцтурал & Молецулар Биологи 25: 320–326, април 2018.
• г. Еисенман и Ј.А. Дани. Ен (1987). Увод у молекуларну архитектуру и пермеабилност јонских канала. Рев. Биопхис. Биопхис. Цхемм, 16. стр. 205-226.
• Аидли, Д. Ј. (1989) Физиологија ексцитабилних ћелија. Цамбридге Университи Пресс.