Iontové kanály

Iontové kanály jsou proteiny  tvořící póry (jednotlivé nebo celé komplexy), které udržují potenciální rozdíl , který existuje mezi vnější a vnitřní stranou buněčné membrány všech živých buněk . Jsou to transportní proteiny . S jejich pomocí se ionty pohybují membránou podle svých elektrochemických gradientů . Takové komplexy jsou souborem identických nebo homologních proteinů hustě zabalených v lipidové dvojvrstvě membrány kolem vodního póru. Kanály jsou umístěny v plazmalemě a některých vnitřních membránách buňky.

Iontovými kanály procházejí ionty Na + ( sodík ), K + ( draslík ), Cl - ( chlór ) a Ca 2 + ( vápník ) . V důsledku otevírání a zavírání iontových kanálů se mění koncentrace iontů na různých stranách membrány a posouvá se membránový potenciál.

Kanálové proteiny jsou složeny z podjednotek , které tvoří strukturu se složitou prostorovou konfigurací, ve které jsou kromě póru obvykle molekulární systémy otevírání, uzavírání, selektivity , inaktivace , příjmu a regulace . Iontové kanály mohou mít několik míst (míst) pro vazbu na kontrolní látky.

Typy iontových kanálů

Klasifikace iontových kanálů se provádí podle různých parametrů, a proto pro ně zatím neexistuje jednotná klasifikace.

Klasifikace je tedy možná podle struktury (struktury) a původu ze stejného typu genů .

Podle tohoto principu se například rozlišují tři rodiny ligandem aktivovaných iontových kanálů [1] :

1. s purinovými receptory (aktivovanými ATP);
2. s nikotinovými ACh receptory , GABA , glycinovými a serotoninovými receptory ; _
3. s glutamátovými receptory .

V tomto případě iontové kanály s různou iontovou selektivitou , stejně jako s receptory pro různé ligandy , spadají do stejné rodiny . Ale na druhou stranu, proteiny, které tvoří tyto kanály, mají velkou podobnost ve struktuře a původu.

Iontové kanály lze také klasifikovat podle selektivity v závislosti na iontech , které jimi procházejí : sodík, draslík, vápník, chlorid , proton ( vodík ).

Podle funkční klasifikace [2] jsou iontové kanály seskupeny podle způsobů řízení jejich stavu do následujících typů:

1. Neřízená (nezávislá).
2. Potenciálově řízené (potenciálně citlivé, napěťově závislé, napěťově hradlové).
3. Ligand-kontrolovaný (chemo-kontrolovaný, chemosenzitivní, chemo-dependentní, ligand-dependentní, receptor - aktivovaný).
4. Nepřímo řízené (sekundárně řízené, iontově aktivované, iontově závislé, řízené messengerem , řízené metabotropními receptory ).
5. Spolupodávaný ( komplex NMDA -receptor-kanál). Jsou otevřeny současně jak ligandy, tak určitým elektrickým potenciálem membrány . Dá se říci, že mají dvojí ovládání. Příklad: Komplex NMDA-receptor-kanál, který má komplexní řídicí systém, který zahrnuje 8 receptorových míst-míst, na která se mohou vázat různé ligandy.
6. Stimulově řízený (mechanosenzitivní, mechanosenzitivní, aktivovaný natažením lipidové dvojvrstvy, protony aktivovaný, teplotně citlivý).
7. Aktinem řízené (aktinem regulované, aktinem regulované, aktinem regulované kanály).
8. Connexony (dvojité póry).

Nejběžnější jsou dva typy kanálů: iontové kanály s ligand-gated gate (umístěné zejména v postsynaptické membráně neuromuskulárních spojení) a iontové kanály s napěťově-gated gates. Kanálky závislé na ligandu převádějí chemické signály přicházející do buňky na elektrické signály; jsou nezbytné zejména pro provoz chemických synapsí . Pro šíření akčního potenciálu jsou potřeba napěťově řízené kanály .

Provoz iontových kanálů

Neřízené (nezávislé) iontové kanály

Tyto kanály jsou obvykle otevřené a neustále jimi umožňují iontům procházet difúzí podél jejich koncentračního gradientu a/nebo podél gradientu elektrického náboje na obou stranách membrány. Některé nekontrolované kanály rozlišují látky a procházejí skrz koncentrační gradient všechny molekuly menší než určitá velikost, nazývají se „neselektivní kanály“ nebo „póry“. Existují také "selektivní kanály", které díky svému průměru a struktuře vnitřního povrchu přenášejí pouze určité ionty. Příklady: draslíkové kanály podílející se na tvorbě klidového membránového potenciálu, chloridové kanály , epiteliální sodíkové kanály , aniontové kanály erytrocytů . [3]

Napěťově řízené iontové kanály

Tyto kanály jsou ( vápníkové kanály L- , N- , P- , Q- , R- , T-typy , Závislé na potenciálu aniontové kanály ) jsou zodpovědné za šíření akčního potenciálu, otevírají se a zavírají v reakci na změnu membránového potenciálu . Například sodíkové kanály. Pokud je membránový potenciál udržován na klidovém potenciálu , sodíkové kanály se uzavřou a sodíkový proud neprochází. Pokud se membránový potenciál posune v kladném směru, sodíkové kanály se otevřou a sodíkové ionty začnou vstupovat do buňkypodél koncentračního gradientu . 0,5 ms po stanovení nové hodnoty membránového potenciálu dosáhne tento sodíkový proud maxima. A po několika milisekundách klesne téměř na 12. Během klidového membránového potenciálu je intracelulární koncentrace sodných iontů 12 mmol/l a extracelulární koncentrace je 145 mmol/l. To znamená, že kanály se po určité době uzavřou v důsledku inaktivace, i když buněčná membrána zůstane depolarizovaná . Ale když jsou zavřené, jsou odlišné od stavu, ve kterém byly před otevřením, nyní se nemohou otevřít v reakci na depolarizaci membrány, to znamená, že jsou inaktivované . V tomto stavu zůstanou, dokud se membránový potenciál nevrátí na původní hodnotu a neproběhne období zotavení, které trvá několik milisekund.

Ligandem řízené iontové kanály

Tyto kanály se otevřou, když se neurotransmiter naváže na jejich vnější receptorová místa a změní jejich konformaci . Otevřením propustí ionty , čímž změní membránový potenciál . Kanálky závislé na ligandu jsou téměř necitlivé na změny membránového potenciálu. Generují elektrický potenciál, jehož síla závisí na množství mediátoru vstupujícího do synaptické štěrbiny a době, kdy tam je.

Vlastnosti iontových kanálů

Kanály jsou charakterizovány iontovou specifitou . Kanály jednoho typu propouštějí pouze draselné ionty, druhý - pouze sodíkové ionty atd.

Selektivita  je selektivně zvýšená propustnost iontového kanálu pro určité ionty a snížená pro jiné. Taková selektivita je určena selektivním filtrem, nejužším místem póru kanálu. Filtr, kromě úzkých rozměrů, může mít i lokální elektrický náboj.

Řízená propustnost  je schopnost otevřít nebo zavřít za určitých řídicích akcí na kanálu.

Inaktivace  je schopnost iontového kanálu automaticky snížit svou propustnost nějakou dobu po jeho otevření, i když aktivační faktor, který je otevřel, pokračuje v činnosti.

Blokování je schopnost iontového kanálu, působením blokujících látek, opravit jeden ze svých stavů a ​​nereagovat na běžné kontrolní akce. Blokování je způsobeno blokujícími látkami, které mohou být nazývány antagonisty, blokátory nebo lytiky.

Plasticita  je schopnost iontového kanálu měnit své vlastnosti, své charakteristiky. Nejběžnějším mechanismem, který zajišťuje plasticitu, je fosforylace aminokyselin kanálových proteinů z cytoplazmatické strany membrány enzymy proteinkinázy .

Objev

Zakladatelem membránové teorie biopotenciálů byl Julius Bernstein . Model iontového kanálu popsali Alan Hodgkin a Andrew Huxley v sérii článků v roce 1952. Za objevy týkající se iontových mechanismů excitace a inhibice v periferních a centrálních oblastech membrány nervových buněk obdrželi A. Hodgkin a E. Huxley v roce 1963 Nobelovu cenu za fyziologii a medicínu . Sdíleli to s Johnem Ecclesem , který studoval mechanismy transportu různých iontů v excitačních a inhibičních synapsích . Klasické práce Hodgkina a Huxleyho posloužily jako základ pro následné studie strukturní a funkční organizace a mechanismů regulace iontových kanálů v různých typech buněk [4] .

Iontový kanál v umění

1,5 metru vysoká socha Zrození nápadu založená na struktuře draslíkového kanálu KcsA byla vytvořena pro nositele Nobelovy ceny Rodericka MacKinnona [5] . Dílo obsahuje drátěný rám držící předmět z foukaného žlutého skla, který představuje hlavní dutinu konstrukce kanálu.

Viz také

• Membránový transport
• Sodno-draslíková pumpa (Na + /K + -ATP-áza)
• Kalciová pumpa (Ca 2+ -ATPáza)
• protonová pumpa
• Cyklický nukleotid-dependentní iontový kanál
• HCN kanál
• vápníkové kanály
• Mechanocitlivé iontové kanály
• Iontový kanál závislý na světle
• Biopotenciál

Poznámky

1. ↑ Iontové kanály excitabilní buňky (struktura, funkce, patologie) / Zefirov A. L., Sitdikova G. F. Kazan: Art Cafe, 2010. 271 s.
2. ↑ Sazonov V. F. Funkční klasifikace membránových iontových kanálů // Vědecké práce III. kongresu fyziologů SNS. M.: Medicine-Health, 2011. S. 72.
3. ↑ Membránové iontové kanály Archivní kopie ze dne 13. prosince 2011 na Wayback Machine / Sazonov V. F., kandidát biologických věd.
4. ↑ Iontová teorie nervového vzruchu
5. ↑ Ball, Filipe. Kelímek: Umění inspirované vědou by mělo být víc než jen hezký obrázek  // Svět  chemie :časopis. - 2008. - březen ( ročník 5 , č. 3 ). - str. 42-43 . Archivováno z originálu 20. června 2013.

Bibliografie

• Základní a klinická fyziologie / Ed. Kamkina A.G. a Kamensky A.A. - M. : Publikační centrum "Academy", 2004. - 1072 s. - 5000 výtisků.  — ISBN 978-5-7695-1675-7 .
• Iontové kanály  / Magazanik L. G.  // Velká ruská encyklopedie  : [ve 35 svazcích]  / kap. vyd. Yu. S. Osipov . - M  .: Velká ruská encyklopedie, 2004-2017.
• Transport iontů  / Antonov V. F. // Velká lékařská encyklopedie  : ve 30 svazcích  / kap. vyd. B.V. Petrovský . - 3. vyd. - M  .: Sovětská encyklopedie , 1985. - T. 25: Tenius - Oxid uhličitý. — 544 s. : nemocný.
• Iontové pumpy  / Magazanik L. G.  // Velká ruská encyklopedie  : [ve 35 svazcích]  / kap. vyd. Yu. S. Osipov . - M  .: Velká ruská encyklopedie, 2004-2017.

Odkazy

• Membránové iontové kanály
• Němečtí biotechnologové vytvářejí umělé iontové kanály z DNA

Slovníky a encyklopedie	Velká dánština Velký Rus Britannica (online) Brockhaus Universalis
V bibliografických katalozích BNE : XX545265 BNF : 12067337j GND : 4138699-1 J9U : 987007560548405171 LCCN : sh85067794 NDL : 00617146 NKC : ph278588