Jonų kanalas, baltymas, kurį ekspresuoja praktiškai visos gyvos ląstelės, sukuriantis kelią įkrautiems jonams iš ištirpusių druskų, įskaitant natrio, kalio, kalcio ir chlorido jonus, praeiti pro kitaip nepralaidžią lipidų ląstelių membraną. Ląstelių veikimas nervų sistemoje, širdies ir griaučių raumenų susitraukimas ir sekrecija kasoje yra fiziologinių procesų, kuriems reikia jonų kanalų, pavyzdžiai. Be to, ląstelių organelių membranose esantys jonų kanalai yra svarbūs norint reguliuoti citoplazminę kalcio koncentraciją ir parūgštinti specifinius tarpląstelinius skyrius (pvz., Lizosomas).
ląstelė: membraniniai kanalai
Biofizikai, matuojantys elektros srovę, einančią per ląstelių membranas, nustatė, kad apskritai ląstelių membranos yra žymiai didesnės
Evoliucija ir selektyvumas
Jonai pasyviai teka kanalais link pusiausvyros. Šį judėjimą gali lemti elektriniai (įtampos) arba cheminiai (koncentracijos) nuolydžiai. Gebėjimas pakeisti jonų srautą dėl jonų kanalų plėtros galėjo suteikti evoliucinį pranašumą, leisdamas vienaląsčiams organizmams reguliuoti savo tūrį atsižvelgiant į aplinkos pokyčius. Vėlesnės evoliucijos metu jonų kanalai vaidina esminį vaidmenį ląstelių sekrecijoje ir elektriniame signalizavime.
Dauguma jonų kanalų yra atverčiami, tai yra, jie atsidaro ir užsidaro savaime arba reaguodami į tam tikrą stimulą, pavyzdžiui, mažos molekulės prisijungimą prie kanalo baltymo (jonų kanalai su ligandu) arba membranos įtampos pokyčius. tai jaučia krūvio kanalų baltymų segmentai (jonų kanalai, kuriuose yra įtampa). Be to, dauguma jonų kanalų yra selektyvūs, todėl pro juos gali patekti tik tam tikri jonai. Kai kurie kanalai praleidžia tik vieno tipo jonus (pvz., Kalį), tuo tarpu kiti kanalai pasižymi santykiniu selektyvumu, pavyzdžiui, leidžiant praeiti teigiamai įkrautiems katijonams, neįtraukiant neigiamai įkrautų anijonų. Aukštesnių organizmų ląstelės gali ekspresuoti daugiau nei 100 skirtingų jonų kanalų tipų, kurių kiekvienas turi skirtingą selektyvumą ir skirtingas atjungimo savybes.
Funkcija ir struktūra
Įkrautų jonų srautas per atvirus kanalus parodo elektros srovę, kuri keičia įtampą visoje membranoje keičiant krūvio pasiskirstymą. Jaudinamosiose ląstelėse kanalai, nuo kurių įtampos yra įtampos pokyčiai, leidžiantys pereiti teigiamų jonų (pvz., Natrio ir kalcio jonų) antplūdį, trumpam pašalina membranos depoliarizaciją, vadinamą veikimo potencialu. Veiksmų potencialas gali būti greitai perduodamas dideliais atstumais, tai leidžia koordinuoti ir tiksliai nustatyti fiziologinius rezultatus. Beveik visais atvejais veikimo potencialai sukelia fiziologinį poveikį pasroviui, pavyzdžiui, sekrecijai ar raumenų susitraukimui, atidarant į kalcio jonus selektyvius jonų kanalus, turinčius įtampą, ir padidinantį tarpląstelinę kalcio koncentraciją.
Buvo nustatytos daugelio skirtingų jonų kanalų baltymų aminorūgščių sekos, o keliais atvejais žinoma ir kanalo rentgeno spindulių kristalų struktūra. Remiantis jų struktūra, daugumą jonų kanalų galima suskirstyti į šešias ar septynias superšeimas. Kalio selektyviems kanalams, kurie yra vieni geriausiai apibūdinamų jonų kanalų, keturi homologiški transmembraniniai subvienetai susilieja, kad sukurtų tunelį, vadinamą laidžiosiomis poromis, kuris sudarytų polinį kelią per nepolinę lipidų membraną. Kitiems kanalų tipams reikia trijų arba penkių homologinių subvienetų, kad būtų suformuota centrinė laidžioji pora. Tirpale jonus stabilizuoja supančioje aplinkoje esančios poliarizuotos vandens molekulės. Siauri, labai selektyvūs jonų kanalai imituoja vandens aplinką, pakeldami laidžias poras poliarizuotais karbonilo deguonies atomais. Mažiau selektyvūs kanalai sudaro poras, kurių skersmuo yra pakankamai didelis, kad jonai ir vandens molekulės galėtų praeiti kartu.
Toksinai ir ligos
Daugybė natūralių toksinų nukreipia jonų kanalus. Kaip pavyzdžius galima paminėti natrio kanalų blokatorių tetrodotoksiną, kurio įtampa yra apsaugota nuo įtampos ir kurį gamina bakterijos, gyvenančios pūslelinėse (blowfish), ir keletas kitų organizmų; negrįžtamą nikotino acetilcholino receptorių antagonistą alfa-bungarotoksiną iš gyvatės nuo Bungarus genties (kraits) nuodai; ir iš augalų gaunami alkaloidai, tokie kaip strichininas ir d-tubokurarinas, kurie slopina jonų kanalų, kuriuos atidaro atitinkamai neurotransmiteriai glicinas ir acetilcholinas, aktyvaciją. Be to, daugybė terapinių vaistų, įskaitant vietinius anestetikus, benzodiazepinus ir sulfonilkarbamido darinius, tiesiogiai arba netiesiogiai veikia jonų kanalo aktyvumą.
Paveldimos jonų kanalų genų ir genų, koduojančių baltymus, kurie reguliuoja jonų kanalų aktyvumą, mutacijos buvo susijusios su daugeliu ligų, įskaitant ataksiją (nesugebėjimą koordinuoti savanoriškų raumenų judesių), cukrinį diabetą, tam tikrų tipų epilepsiją ir širdies aritmijas (nelygumus). širdies plakime). Pavyzdžiui, selektyvūs natrio ir kalio kanalų genetiniai pokyčiai arba su jais susiję norminiai subvienetai yra kai kurių ilgo QT sindromo formų pagrindas. Šiam sindromui būdingas širdies miocitų veikimo galimybių depoliarizacijos laiko pailgėjimas, kuris gali sukelti mirtiną aritmiją. Be to, kai kurių cukrinio diabeto formų mutacija jautriuose adenozino trifosfato (ATP) kalio kanaluose kontroliuoja insulino sekreciją iš kasos ląstelių.
