Оздоровлення - медицина - фізіологія - клітина - іонні канали

Іонні канали - пороутворюючих білки (одиночні або цілі комплекси), що підтримують різниця потенціалів. яка існує між зовнішньою і внутрішньою сторонами клітинної мембрани всіх живих клітин. Відносяться до транспортних білків. З їх допомогою іони переміщаються згідно їх електрохімічним градиентам крізь мембрану. Такі комплекси являють собою набір ідентичних або гомологічних білків, щільно упакованих в ліпідному Біслі мембрани навколо водної пори. Канали розташовані в плазмалемме і деяких внутрішніх мембранах клітини.

Через іонні канали проходять іони Na ​​+ (натрію), K + (калію), Cl - (хлору) і Ca 2+ (кальцію). Через відкривання і закривання іонних каналів змінюється концентрація іонів по різні боки мембрани і відбувається зрушення мембранного потенціалу.

Канальні білки складаються з субодиниць. утворюють структуру зі складною просторовою конфігурацією, в якій крім пори зазвичай є молекулярні системи відкриття, закриття, вибірковості. інактивації. рецепції і регуляції. Іонні канали можуть мати кілька ділянок (сайтів) для зв'язування з керуючими речовинами.

Типи іонних каналів

Класифікація іонних каналів проводиться за різними параметрами і тому єдиної уніфікованої класифікації для них поки не існує.

Так, можлива класифікація за структурою (будовою) і походженням від однотипних генів.

За цим принципом, наприклад, виділяють три сімейства ліганд-активуються іонних каналів [1].

При цьому в один і той же сімейство потрапляють іонні канали з різною іонною селективністю. а також з рецепторами до різних лигандам. Але зате утворюють ці канали білки мають велику схожість в будові і походження.

Іонні канали також можна класифікувати по селективності в залежності від проходять через них іонів. натрієві, калієві, кальцієві, хлорні. протонні (водневі).

Згідно функціональної класифікації [2]. іонні канали групуються по способам управління їх станом на наступні види:

1. Некеровані (незалежні).

2. Потенціал -керовані (потенціал-чутливі, потенціал-залежні, voltage-gated).

3. Ліганд-керовані (хемо-керовані, хемочувствітельності, хемозавісімие, ліганд-залежні, рецептор -актівіруемие).

4. Опосередковано-керовані (вторинно-керовані, іон-активуються, іон-залежні, месенджер -керовані, керовані метаботропнимі рецепторами).

5. Спільно-керовані (NMDA-рецепторні-канальний комплекс). Вони відкриваються одночасно як лигандами, так і певним електричним потенціалом мембрани. Можна сказати, що у них подвійне управління. Приклад: NMDA-рецепторно-канальний комплекс, який має складну систему управління, що включає в себе 8 рецепторних ділянок-сайтів, з якими можуть зв'язуватися різні ліганди.

6. Стимул -керовані (механочувствітельние, механосенсітівние, що активуються розтягуванням (stretch) ліпідного бішару, протон -актівіруемие, температурно-чутливі).

7. Актин -керовані (актин-регульовані, actin-regulated, actin-gated channels).

Найбільш часто зустрічаються два типи каналів: іонні канали з ліганд-залежними воротами (знаходяться, зокрема, в постсинаптичні мембрані нервово-м'язових з'єднань) і іонні канали з потенціал-залежними воротами. Ліганд-залежні канали перетворюють хімічні сигнали, що приходять до клітки, в електричні; вони необхідні, зокрема, для роботи хімічних синапсів. Потенціал-залежні канали потрібні для поширення потенціалу дії.

Робота іонних каналів

Некеровані (незалежні) іонні канали

Ці канали зазвичай знаходяться у відкритому стані і постійно пропускають через себе іони за рахунок дифузії по градієнту їх концентрації і / або по електричному градієнту зарядів по обидві сторони мембрани. Деякі некеровані канали розрізняють речовини і пропускають через себе по градієнту концентрації все молекули менше певної величини, їх називають «неселективні канали» або «пори». Існують також «селективні канали», які завдяки своєму діаметру і будовою внутрішньої поверхні переносять тільки певні іони. Приклади: калієві канали. беруть участь у формуванні мембранного потенціалу спокою, хлоридні канали. епітеліальні натрієві канали. аніонні канали еритроцитів. [3]

Потенціал-залежні іонні канали

Ці канали відповідають за поширення потенціалу дії, вони відкриваються і закриваються у відповідь на зміну мембранного потенціалу. Наприклад, натрієві канали. Якщо мембранний потенціал підтримується на рівні потенціалу спокою. натрієві канали закриті і натрієвий струм відсутній. Якщо мембранний потенціал зсувається в позитивну сторону, то натрієві канали відкриються, і в клітку почнуть входити іони натрію за градієнтом концентрації. Через 0,5 мс після встановлення нового значення мембранного потенціалу, цей натрієвий струм досягне максимуму. А ще через кілька мілісекунд падає майже до 12. Під час спокою мембранного потенціалу. внутрішньоклітинна концентрація іонів натрію 12 ммоль / літр, а позаклітинна концентрація 145 ммоль / літр. Це означає, що канали через деякий час закриваються внаслідок інактивації, навіть якщо клітинна мембрана залишається деполяризованої. Але закрившись, вони відрізняються від стану, в якому знаходилися до відкриття, тепер вони не можуть відкриватися у відповідь на деполяризацію мембрани, тобто вони інактивованої. У такому стані вони залишаться доти, поки мембранний потенціал не повернеться до початкового значення і не пройде відновний період, що займає кілька мілісекунд.

Ліганд-залежні іонні канали

Ці канали відкриваються, коли медіатор. зв'язуючись з їх зовнішніми рецепторними ділянками, змінює їх конформацію. Відкриваючись, вони впускають іони. змінюючи цим мембранний потенціал. Ліганд-залежні канали майже нечутливі до зміни мембранного потенціалу. Вони генерують електричний потенціал, сила якого залежить від кількості медіатора, що надходить в синаптичну щілину і часу, яке він там знаходиться.

Властивості іонних каналів

Для каналів характерна іонна специфічність. Канали одного типу пропускають тільки іони калію, іншого - тільки іони натрію і т. Д.

Селективність - це вибірково підвищена проникність іонного каналу для певних іонів і знижена для інших. Така вибірковість визначається селективним фільтром - найвужчим місцем канальної пори. Фільтр, крім вузьких розмірів, може мати також локальний електричний заряд.

Керована проникність - це здатність відкриватися або закриватися за певних керуючих впливах на канал.

Інактивація - це здатність іонного каналу через деякий час після свого відкриття автоматично знижувати свою проникність навіть в тому випадку, коли відкрив їх активує фактор продовжує діяти.

Блокування - це здатність іонного каналу під дією речовин-блокаторів фіксувати якесь одне своє стан і не реагувати на звичайні дії, що управляють. Блокування викликають речовини-блокатори, які можуть називатися антагоністами, блокаторами або літики.

Пластичність - це здатність іонного каналу змінювати свої властивості, свої характеристики. Найбільш поширений механізм, що забезпечує пластичність - це фосфорилирование амінокислот канальних білків з цитоплазматичної сторони мембрани ферментамі- протєїнкиназамі.

Іонний канал в мистецтві

Скульптура Народження Ідеї висотою 1,5 метра, в основу якої покладена структура калієвого каналу KcsA, була створена для лауреата Нобелівської премії Родеріка Маккінона (Roderick MacKinnon) [4]. Робота містить дротяний каркас, що утримує видутих з жовтого скла об'єкт, який репрезентує основну порожнину канальної структури.