Ionkanalens struktur, funktioner, typer

De jonkanaler de är ihåliga membranstrukturer som bildar ledningar eller porer som passerar membranets tjocklek och kommunicerar utsidan av cellen med dess cytosol och vice versa; vissa kan ha ett grindsystem som reglerar öppningen.

Dessa kanaler är fyllda med vatten och styr passage av specifika joner från ena sidan av membranet till den andra. De bildas av vissa proteiner som är typiska för cellmembran som bildar cylindriska rörformade strukturer som korsar dem i bredd..

Transportmekanismerna över dessa membran kan i stort sett klassificeras i passiv eller aktiv transport. Passiva är de som tillåter passage av ämnen till förmån för deras koncentrationsgradienter, medan aktiva kräver energiförbrukning, eftersom de flyttar ämnen mot deras koncentrationsgradienter..

Jonkanaler utgör en passiv transportmekanism som kan klassificeras efter deras specificitet, det vill säga beroende på vilken typ av jon som de tillåter att passera genom, eller beroende på hur de öppnas eller stängs..

Huvudfunktionen för dessa membrantransportsystem är att tillåta reglerad passage av ämnen in i eller ut ur celler och därmed bibehålla intracellulära koncentrationer av joner och andra ämnen..

Närvaron av cellmembran och jonkanaler är avgörande för upprätthållandet av koncentrationsskillnader mellan det intracellulära och extracellulära mediet, vilket är relevant ur många synvinklar..

Jonkanaler, särskilt de beroende liganderna, är mycket viktiga inom farmakologi och medicin, eftersom många läkemedel kan efterlikna funktionerna hos naturliga ligander och därmed binda till kanalen, öppna eller stänga den, beroende på fallet..

Andra läkemedel kan blockera bindningsstället och därmed förhindra verkan av den naturliga liganden.

Artikelindex

• 1 Struktur
  • 1.1 Proteinstruktur av en jonkanal
  • 1.2 Ytterligare strukturella egenskaper
  • 1.3 Andra messenger-mekanismen för att öppna eller stänga kanaler
  • 1.4 Andra aktiverings- och inaktiveringsmekanismer
• 2 funktioner
• 3 Översikt över transport över membranet
  • 3.1 Enkel diffusion
  • 3.2 Underlättad spridning
• 4 typer av jonkanaler
• 5 Referenser

Strukturera

Strukturen av jonkanaler består av specifika transmembranproteiner som har en rörformad form och lämnar en por eller ett hål som möjliggör kommunikation mellan insidan och utsidan av cellen eller mellan intracellulära avdelningar (organeller)..

Varje jonkanal involverar ett specifikt strukturmembranprotein och mer än 100 gener som kodar för specifika jonkanaler har beskrivits..

För natriumkanalen, till exempel, 10 gener kallas SCN som kodar för olika proteiner distribuerade i olika vävnader med särskilda funktioner och strukturer.

På samma sätt har en betydande mängd gener beskrivits som kodar för olika proteiner som utgör kaliumkanaler som tillhör olika familjer och som har olika aktiverings-, öppnings- och inaktiveringsmekanismer..

Proteinstruktur av en jonkanal

Vanligtvis består en funktionell jonkanal associerad med ett membran av sammansättningen av 4 till 6 liknande polypeptidsubenheter (homo-oligomerer) eller olika (hetero-oligomerer) som bildar en central por mellan dem..

Varje underenhet varierar beroende på kanalens egenskaper och egenskaper, eftersom många är specifika för vissa joner och har olika öppnings- och stängningsmekanismer..

Vissa kanaler består av en enda polypeptidkedja organiserad i upprepade motiv som går igenom membranets tjocklek flera gånger och fungerar som motsvarigheten till en proteinunderenhet..

Förutom dessa underenheter, som i litteraturen är kända som α-underenheter, har vissa jonkanaler också en eller flera hjälpunderenheter (ß eller γ) som reglerar deras öppning och stängning..

Varje kanals specificitet är relaterad till porernas diameter som bildas av transmembranproteinerna och sidokedjorna (─R) av aminosyrorna som utgör dem..

På detta sätt finns det kanaler som bara låter natrium, kalium, kalciumjoner passera och så vidare, eftersom sidokedjorna fungerar som en "sikt".

Ytterligare strukturella funktioner

Ett annat viktigt inslag i många kanaler är grindarna. Kanaler med dessa egenskaper kan öppnas eller stängas mot lokala förändringar som uppstår i membranmikromiljön som omger kanalen..

Beroende på typen av kanal kan dessa förändringar vara mekaniska, termiska (temperaturförändringar), elektriska (spänningsförändringar) eller kemiska (bindning av en ligand).

Men i de så kallade passiva jonkanalerna, som är de som förblir öppna och tillåter specifik passage av vissa joner, har dessa strukturer inte portar eller är känsliga för ligander eller andra typer av stimuli..

I andra jonkanaler, som är känsliga för närvaro eller bindning av ligander, finns det ett bindningsställe för ligand antingen på den extracellulära sidan eller mot cellcytosolen och i dessa fall har porerna eller kanalerna en grind som kan öppnas eller stängas beroende på statusen för din ligand.

Andra messenger-mekanismen för att öppna eller stänga kanaler

I fallet med ett ligandställe i den intracellulära delen har dessa kanaler vanligtvis andra budbärare som ligander. Ett exempel på jonkanaler som öppnas eller stängs av andra budbärarmekanismer är olfaktoriska receptorer:

Doftmolekyler binder till sina receptorer på den extracellulära sidan. Dessa receptorer är i sin tur bundna till ett aktiverat G-protein som i sin tur aktiverar proteinadenylcyklaset som bildar cAMP, vilket är en andra budbärare..

CAMP binder till ett intracellulärt bindningsställe för vissa kalciumkanaler, vilket resulterar i dess öppning och inträde av kalcium i cellen.

Som om det vore en dominoeffekt, binder kalcium till ett ligandställe i en annan klorkanal, vilket genererar dess öppning och utgång av denna jon, vilket orsakar depolarisering av luktcellen.

Det är viktigt att markera att de förändringar som genereras av liganderna eller stimuli som påverkar jonkanalerna motsvarar konformationsförändringar hos proteinerna som utgör kanalens struktur..

Med andra ord är konformationsförändringarna som kan flytta en grind och stänga eller öppna en kanal inget annat än att närma sig eller distansera de proteinunderenheter som komponerar den..

Andra aktiverings- och inaktiveringsmekanismer

Vissa kanaler, särskilt spänningsberoende kanaler, kan komma in i ett eldfast tillstånd under vilket samma spänningsförändring som aktiverade dem nu inte längre aktiverar dem..

Till exempel i spänningsstyrda kalciumkanaler öppnar spänningsförändringen kanalen och kalcium kommer in och, när det väl är inne i cellen, binder samma jon till ett kalciumkanalbindningsställe och kalciumkanalen stänger..

En annan form av reversibel inaktivering av kalciumkanalen som förklarar dess eldfasthet efter aktivering är kanalfosforylering på grund av ökad intern kalciumkoncentration..

Det vill säga en kalciumkanal kan inaktiveras irreversibelt på grund av närvaron av patologiskt höga koncentrationer av jonen, som förmedlar rekryteringen av klyvningsenzymer av andra kalciumaktiverade proteiner..

Ligandreglerade kanaler kan komma in i ett eldfast tillstånd när de utsätts för sin ligand under lång tid, denna mekanism kallas desensibilisering..

Läkemedel, gifter och toxiner kan påverka regleringen av jonkanaler, stänga eller hålla dem öppna eller i vissa fall uppta ligandplatsen och därmed störa dess funktion..

Funktioner

Jonkanaler har ett flertal funktioner, direkta eller indirekta.

- De är ansvariga för att reglera flödet av joner genom plasma- och organellmembranen i alla celler..

- De möjliggör förekomsten av en kontroll över de olika jonernas intracellulära koncentrationer.

- I neuroner och muskelceller kontrollerar jonkanaler variationerna i membranpotential som uppstår under aktionspotentialer och under postsynaptiska effektorcellspotentialer..

- Kalciumkanalerna som genererar nettoflöden av kalcium i det intracellulära utrymmet är ansvariga för aktiveringen av många enzymer och proteiner som deltar i många metaboliska processer.

- På samma sätt initierar ökningen av kalcium på grund av en ökning av dess transport frisättningsmekanismen för neurotransmittorer till det synaptiska utrymmet hos neuroner..

- Därför är jonkanalernas funktion också relaterad till mekanismerna för cellulär kommunikation..

Översikt över transport över membranet

Som nämnts ovan kan membrantransportmekanismer vara aktiva eller passiva beroende på om de förbrukar energi från cellen där de befinner sig. Passiva mekanismer klassificeras i enkel diffusion och underlättad diffusion.

Enkel diffusion

Enkel diffusion möjliggör passage genom fosfolipidstrukturen i membranet av fettlösliga molekyler av liten storlek, med apolära egenskaper och utan laddning..

Således passerar exempelvis gaser såsom syre (O2) och koldioxid (CO2), etanol och urea, för att nämna några, till förmån för deras koncentrationsgradient.

Underlättad spridning

Förenklad diffusion är en som underlättas av proteiner och det finns två typer av denna passiva transportmekanism: jonkanaler och transportproteiner eller transportproteiner..

Jonkanaler är den mekanism som används mest av celler för transport av joner som inte kan passera genom enkel diffusion, antingen för att de har en elektrisk laddning och membranets fosfolipider stöter bort dem på grund av deras storlek och polaritet eller någon annan egenskap..

Diffusion som underlättas av transportörproteiner används för att transportera större ämnen med eller utan laddning, såsom glukos och andra sockerarter..

Aktiv membrantransport är den som sker mot koncentrationsgradienten av det lösta ämnet som transporteras och kräver energiförbrukning i form av ATP. Bland transportörerna av denna typ finns pumpar och vesikulär transport.

Som ett exempel på pumparna är natrium / kaliumpumpen, som tar bort tre natrium och introducerar två kalium. Det finns också kalciumpumpar.

Exempel på vesikulär transport är endocytos, exocytos, pinocytos och fagocytos; alla dessa aktiva transportmekanismer.

Typer av jonkanaler

Från och med denna punkt kommer hänvisning att göras till jonkanalerna som möjliggör passage av joner genom ett membran till förmån för deras koncentrationsgradienter, det vill säga de är passiva transportkanaler..

I allmänhet är var och en av dessa kanaler specifik för en enda jon, med undantag för några få kanaler som möjliggör transport av par av joner..

Ett sätt att klassificera jonkanaler är att gruppera dem enligt den mekanism som är ansvarig för deras öppning. Således har passiva kanaler, spänningsreglerade kanaler (spänningsberoende), ligandreglerade kanaler och kanaler reglerade av mekaniska stimuli beskrivits..

- Passiva kanaler: de är kanaler som är permanent öppna och inte svarar på någon typ av stimulans; dessa är specifika för vissa joner.

- Spänningsberoende kanalerDessa kan öppnas eller stängas (beroende på kanal) inför förändringar i membranspänningen. De är mycket viktiga för cellsignalering, särskilt i däggdjurens centrala nervsystem.

- Ligandberoende kanaler: Kallas också ligandstyrda eller ligandreglerade kanaler, de distribueras i stor utsträckning i olika mänskliga kroppsceller, men i nervsystemet utgör de de jonkanaler som aktiveras av neurotransmittorer och är väsentliga för synaptisk transmission och intercellulär signalering.

Exempel på ligandberoende jonkanaler aktiverade av neurotransmittorer är natrium / kaliumkanaler aktiverade av glutamat..

Aktivering av kolinerge receptorer, i detta fall bindning av acetylkolin till det postsynaptiska membranet (kanalligand), öppnar ligandberoende natriumkanaler och möjliggör inträde av denna jon efter dess koncentrationsgradient..

- Kanaler reglerade av mekaniska stimuli: Detta är kanaler som kan aktiveras genom belastning eller tryck. Dessa mekaniska krafter överförs till kanalen genom cytoskelettet och kanalen öppnas.

Referenser

1. Bear, M. F., Connors, B. W., & Paradiso, M. A. (red.). (2007). Neurovetenskap (Vol. 2). Lippincott Williams & Wilkins.
2. Institutionen för biokemi och molekylär biofysik Thomas Jessell, Siegelbaum, S., & Hudspeth, A. J. (2000). Neuralvetenskapens principer (Vol. 4, s. 1227-1246). E. R. Kandel, J. H. Schwartz och T. M. Jessell (red.). New York: McGraw-hill.
3. Lewis, C. A., & Stevens, C. F. (1983). Acetylkolinreceptor kanaljonisk selektivitet: joner upplever en vattenhaltig miljö. Proceedings of the National Academy of Sciences, 80(19), 6110-6113.
4. Nelson, D. L., Lehninger, A. L., & Cox, M. M. (2008). Lehninger principer för biokemi. Macmillan.
5. Rawn, J. D. (1998). Biokemi. Burlington, Massachusetts: Neil Patterson Publishers.
6. Viana, F., de la Peña, E., & Belmonte, C. (2002). Specificiteten för kall termotransduktion bestäms av differentiellt jonkanaluttryck. Natur neurovetenskap, 5(3), 254.