Struktura kanałów jonowych, funkcje, typy

Kanały jonowe Są to puste struktury błonowe, które tworzą kanały lub pory, które przekraczają grubość membrany i komunikują się zewnętrzną komórką z jej cytozolem i odwrotnie; Niektóre mogą mieć system bramowy, który reguluje jego otwarcie.

Kanały te są pełne wody i kontrolują przejście określonych jonów z jednej strony na drugą membranę. Są one tworzone przez białka typowe dla błon komórkowych, które tworzą cylindryczne struktury w kształcie rurki, które przechodzą przez nie.

Otwarta i zamknięta konformacja kanału jonowego (źródło: Efazzari [CC BY-SA 4.0 (https: // creativeCommons.Org/licencje/nabrzeże/4.0)] przez Wikimedia Commons)

Mechanizmy transportu przez te membrany można szeroko zaklasyfikować w transporcie pasywnym lub aktywnym. Zobowiązania to te, które umożliwiają przejście substancji na korzyść ich gradientów stężenia, tymczasem aktywa wymagają zużycia energii, ponieważ wypierają substancje w stosunku do swoich gradientów stężenia.

Kanały jonowe stanowią pasywny mechanizm transportu, który można sklasyfikować zgodnie z ich swoistością, to znaczy, zgodnie z typem jonów, które pozwalają, lub w zależności od sposobu, w jaki otwierają się lub zamykają lub zamykają.

https: // giphy.com/gifs/ion-channel-y07c7ocoigykjl6tzz

Główną funkcją tych systemów transportu błonowego jest umożliwienie regulowanego przejścia substancji w komórkach lub poza nim, a tym samym utrzymanie wewnątrzkomórkowych stężenia jonów i innych substancji.

Obecność błon komórkowych i kanałów jonowych zasadniczo dla utrzymania różnic stężenia między mediami wewnątrzkomórkowymi i zewnątrzkomórkowymi, co ma znaczenie z wielu punktów widzenia.

Kanały jonowe, zwłaszcza te zależne ligand, są bardzo ważne w farmakologii i medycynie, ponieważ wiele leków może naśladować funkcje naturalnych ligandów i dołączyć do kanału, otwierając lub zamykając, ponieważ może być przypadek.

Inne leki są w stanie zablokować miejsce Unii, a tym samym zapobiegać działaniu naturalnego ligandu.

[TOC]

Struktura

Struktura kanałów jonowych jest tworzona przez specyficzne białka transbłonowe, które mają kształt kanalikowy i pozostawiają pory lub otwór, który umożliwia komunikację między wnętrzem i zewnętrzną komórką lub między przedziałami wewnątrzkomórkowymi (organelle).

Każdy kanał jonowy implikuje specyficzne białko strukturalne błony i opisano ponad 100 genów, które kodują określone kanały jonowe.

Na przykład dla kanału sodowego 10 nazywanych genów Scn które kodują różne białka rozmieszczone w różnych tkankach z określonymi funkcjami i strukturami.

Podobnie, znaczna ilość genów, które kodyfikują różne białka, które tworzą kanały potasowe, które należą do różnych rodzin i mają różne mechanizmy aktywacji, otwierania i inaktywacji.

Struktura białka kanału jonowego

Zazwyczaj funkcjonalny kanał jonowy związany z błoną składa się z montażu od 4 do 6 podobnych podjednostek polipeptydowych (oligomery HOMO) lub różnych (hetero oligomerów), które tworzą między nimi centralną porę między nimi.

Schemat podjednostek błonowych kanału jonowego (źródło: efazzari [CC BY-SA 4.0 (https: // creativeCommons.Org/licencje/nabrzeże/4.0)] przez Wikimedia Commons)

Każda podjednostka zmienia się w zależności od cech i właściwości kanału, ponieważ wiele jest specyficznych dla niektórych jonów i ma różnorodne mechanizmy otwierania i zamykania.

Może ci służyć: cnidocyty: cechy, struktura, funkcje, typy

Niektóre kanały składają się z pojedynczego łańcucha polipeptydowego zorganizowanego w powtarzanych motywach, które przechodzą grubość błony i działają jako równoważny podjednostki białkowej kilkakrotnie.

Oprócz tych podjednostek, które są znane w literaturze jako podjednostki α, niektóre kanały jonowe mają również jedną lub więcej podjednostek pomocniczych (ß lub γ), które regulują ich otwieranie i zamknięcie.

Specyficzność każdego kanału jest związana z średnicą porów utworzonych przez białka transbranowe i łańcuchy boczne (─R) aminokwasów, które je tworzą.

W ten sposób istnieją kanały, które pomijają tylko sód, potas, jony wapnia i tak dalej, ponieważ łańcuchy boczne działają jako „sito”.

Dodatkowe cechy strukturalne

Kolejną ważną cechą wielu kanałów są bramy. Kanały o tych właściwościach mogą być otwarte lub zamknięte przed lokalnymi zmianami, które występują w mikroenchowaniu błonowym otaczającym kanał.

W zależności od rodzaju kanału zmiany te mogą być mechaniczne, termiczne (zmiany temperatury), elektryczne (zmiany napięcia) lub chemikalia (wiązanie ligandu).

Jednak w podrzędnych pasywnych kanałach jonowych, które są otwarte i pozwalają na określony etap określonych jonów, struktury te nie mają bramek lub są wrażliwe na ligandy lub inne rodzaje bodźców.

W innych kanałach jonowych, które są wrażliwe na obecność lub połączenie ligandów, istnieje miejsce wiązania ligandu po stronie pozakomórkowej lub na cytosol komórkowy i w tych przypadkach pory lub kanały mają bramę, którą można otworzyć lub zamykać Zgodnie ze statusem jego ligandu.

Mechanizm przekaźników sekund do otwarcia lub zamknięcia kanałów

W przypadku posiadania miejsca dla ligandu w części wewnątrzkomórkowej kanały te zwykle mają drugie posłańców, takich jak ligand. Przykładem kanałów jonowych, które otwierają się lub zbliżone przez mechanizmy drugiego posłańców, są receptory węchowe:

Cząsteczki zapachowe wiążą się z ich receptorami po stronie pozakomórkowej. Receptory te z kolei są przyłączone do białka G, które jest aktywowane, które z kolei aktywuje białko adenylocylazy, które tworzy AMPC, które jest drugim posłańcem.

AMPC dołącza do wewnątrzkomórkowego miejsca połączenia kanałów wapniowych, co powoduje otwarcie i wejście wapnia do komórki.

Jakby był to efekt domina, wapń łączy miejsce w celu połączenia innego kanału chloru, który generuje jego otwarcie i wyjście z tego jonu, powodując depolaryzację komórki węchowej.

Należy zauważyć, że zmiany generowane przez ligandy lub bodźce, które wpływają na kanały jonowe, odpowiadają zmianom konformacyjnym białek, które stanowią strukturę kanału.

Innymi słowy, zmiany konformacyjne, które mogą przesunąć bramę i zamknąć lub otworzyć kanał, są niczym więcej niż podejściem lub dystansem podjednostek białkowych, które ją tworzą.

Inne mechanizmy aktywacji i inaktywacji

Niektóre kanały, zwłaszcza kanały zależne od napięcia, mogą wejść do stanu oporności, podczas którego ta sama zmiana napięcia, która ich aktywowała, nie działa już ich.

Może ci służyć: biologia komórkowa: historia, jakie badania, zastosowania i koncepcje

Na przykład w zależnych od napięcia kanałach wapnia zmiana napięcia otwiera kanał i wapń, a raz wewnątrz komórki ten sam jon łączy się w miejsce połączenia kanału stawowego i zamyka.

Inną formą odwracalnej inaktywacji kanału wapnia, która wyjaśnia jego oporność po aktywacji, jest parasforylacja kanału z powodu wzrostu wewnętrznego stężenia wapnia.

Oznacza to, że kanał wapnia może być nieodwracalnie inaktywowany z powodu obecności patologicznie wysokich stężeń jonów, które pośredniczą w rekrutacji rozwijających się enzymów innych białek aktywowanych przez wapń.

Kanały regulowane przez Ligando mogą wejść do stanu opornego na leczenie, gdy są przedłużone do swojego ligandu, otrzymując ten mechanizm nazwa odczulania.

Leki, trucizny i toksyny mogą wpływać na regulację kanałów jonowych, zamykając je lub utrzymywanie otwartości lub, w niektórych przypadkach, zajmując miejsce ligandu, a tym samym zakłócać ich funkcję.

Funkcje

Kanały jonowe mają mnogość funkcji, bezpośrednich lub pośrednich.

- Są odpowiedzialne za regulację przepływu jonów przez błony plazmy i organelarnej wszystkich komórek.

- Pozwól na istnienie kontroli nad stężeniami wewnątrzkomórkowymi różnych jonów.

- W neuronach i komórkach mięśni kanały jonowe kontrolują zmiany potencjału błony, które występują podczas potencjałów czynnościowych i podczas potencjałów post -synaptycznych post -synaptycznych komórek efektorowych.

- Kanały wapniowe, które generują netto przepływy wapnia do przestrzeni wewnątrzkomórkowej, są odpowiedzialne za aktywację licznych enzymów i białek, które uczestniczą w wielu procesach metabolicznych.

- Podobnie wzrost wapnia z powodu wzrostu transportu inicjuje mechanizm wyzwolenia neuroprzekaźników do przestrzeni synaptycznej neuronów.

- Dlatego funkcja kanałów jonowych jest również związana z mechanizmami komunikacji komórkowej.

Generał transportu przez błonę

Jak wspomniano powyżej, mechanizmy transportu błonowego mogą być aktywne lub zobowiązania według energii komórki, w której się znajdują. Mechanizmy pasywne są klasyfikowane jako prosta dyfuzja i ułatwiona dyfuzja.

Prosta dyfuzja

Prosta dyfuzja umożliwia przejście przez strukturę fosfolipidów małych cząsteczek rozpuszczalnych w tłuszcz.

Zatem na przykład gazy, takie jak.

Ułatwiona dyfuzja

Rozpowszechniona dyfuzja jest ułatwiona przez białko, a ten pasywny mechanizm transportu Istnieją dwa typy: kanały jonowe i białka transportowe lub białka transportowe.

Kanały jonowe są najczęściej stosowanym mechanizmem przez komórki transportowe jonowe, które nie mogą przejść przez prostą dyfuzję, albo dlatego, że mają ładunek elektryczny i fosfolipidy błonowe, ze względu na ich wielkość i polaryzację lub jakąkolwiek inną cechę.

Dyfuzja zapewniana przez białka transportowa jest stosowana do transportu większych substancji z obciążeniem lub bez, takich jak glukoza i inne cukry.

Może ci służyć: interfejs

Aktywny transport błony jest taki, który występuje w stosunku do gradientu stężenia substancji rozpuszczonej i wymaga zużycia energii w kształcie ATP. Wśród transporterów tego typu są pompy i transport pęcherzykowy.

Jako przykład pompy jest sód/potas, który przyjmuje trzy sodios i wprowadza dwa potasy. Istnieją również pompy wapnia.

https: // giphy.com/gifs/qsib5zeioyrufkuusb

Jako przykład transportu pęcherzykowego są endocytoza, egzocytoza, pinocytoza i fagocytoza; Wszystkie te aktywne mechanizmy transportu.

Rodzaje kanałów jonowych

Od tego momentu zostanie odniesione do kanałów jonowych, które umożliwiają przejście jonów przez błonę na korzyść jego gradientów koncentracji, to znaczy są pasywnymi kanałami transportowymi.

Zasadniczo każdy z tych kanałów jest specyficzny dla pojedynczego jonu, z zastrzeżeniem kilku kanałów, które umożliwiają transport par jonowych.

Schemat strukturalny kanału jonowego (źródło: outslider (Pawłod Tokarz) w PL.Wikipedia [domena publiczna] za pośrednictwem Wikimedia Commons)

Jednym ze sposobów klasyfikacji kanałów jonowych jest grupowanie ich zgodnie z mechanizmem odpowiedzialnym za jego otwarcie. Zatem kanały pasywne, kanały regulowane przez napięcie (zależne od napięcia), opisano kanały regulowane przez ligando i kanały regulowane przez bodźce mechaniczne.

- Kanały pasywne: Są to kanały, które są trwale otwarte i nie reagują na żaden rodzaj bodźca; Są one specyficzne dla niektórych jonów.

- Kanały zależne od napięcia: Można je otworzyć lub zamykać (w zależności od kanału) w obliczu zmian napięcia membranowego. Są bardzo ważne dla sygnalizacji komórkowej, szczególnie w ośrodkowym układzie nerwowym ssaków.

- Kanały zależne od światła: zwane kanałami z łączeniem drzwi lub regulowane przez łączenie, są szeroko rozmieszczone w różnych komórkach ciała ludzi, ale w układzie nerwowym stanowią one te kanały jonowe aktywowane przez neuroprzekaźniki i są niezbędne do transmisji synaptycznej i oznakowania międzykomórkowego.

Przykładem zależnych od ligandów kanałów jonowych aktywowanych przez neuroprzekaźniki to kanały sodu/potasu aktywowane przez glutaminian.

Aktywacja receptorów cholinergicznych, w tym przypadku połączenie acetylocholiny z błoną postsynaptyczną (ligand kanałowy), otwiera zależne od ligandu kanały sodowe i pozwala na wprowadzenie tego jonu po jego gradientowaniu stężenia.

- Kanały regulowane przez bodźce mechaniczne: Są kanałami, które można aktywować przez wzdęcie lub ciśnienie. Te siły mechaniczne są przekazywane do kanału przez cytoszkielet, a kanał otwiera się.

Bibliografia

1. Bear, m. F., Connors, ur. W., & Paradiso, m. DO. (Eds.). (2007). Neuronauka (Tom. 2). Lippinott Williams & Wilkins.
2. Departament Biochemii i Biofizyki Molekularnej Thomas Jesell, Siegelbaum, S., & Hudspeth, a. J. (2000). Zasady nauki neuronowej (Tom. 4, pp. 1227-1246). I. R. Kandel, J. H. Schwartz, i t. M. Jesell (red.). Nowy Jork: McGraw-Hill.
3. Lewis, c. DO., I Stevens, C. F. (1983). Acetylocholina Channel Selektywność: INS Doświadcz środowiska wodnego. Materiały z National Academy of Sciences, 80(19), 6110-6113.
4. Nelson, zm. L., Lehninger, a. L., & Cox, m. M. (2008). Zasady biochemii lehninger. Macmillan.
5. Rawn, J. D. (1998). Biochemia. Burlington, Massachusetts: Neil Patterson Publishers.
6. Viana, f., Peña i., I Belmonte, C. (2002). Specyficzność zimnej transdukcji termicznej jest określana przez różnicową ekspresję kanału jonowego. Nature Neuroscience, 5(3), 254.