From Wikipedia, the free encyclopedia
Јонски канал — мембранска белковина која спроведува јони низ клеточната мембрана преку пора на каналот. Функциите на јонските канали вклучуваат воспоставување на мембрански потенцијал во мирување, обликување на дејствените потенцијали и други електрични сигнали со контрола на протокот на јони низ клеточната мембрана, контрола на протокот на јони низ секреторните и епителните клетки, и регулација на волуменот на клетката. Јонските канали се присутни во мембраните на сите ексцитабилни клетки.[1] Јонските канали се една од двете класи на јонофорни белковини, а другата класа ја сочинуваат јонските транспортери.[2]
Проучувањето на јонските канали често вклучува биофизика, електрофизиологија и фармакологија, со употреба на техники како што се: напонска стега (англ. voltage clamp) фрагментна стега (англ. patch clamp), имунохистохемија, рендгенска кристалографија, флуороскопија и полимераза верижна реакција со обратна транскрипција. Нивната класификација како молекули е позната како каналомика.
Постојат две посебни одлики на јонските канали кои ги разликуваат од другите видови на јонски транспортери:[2]
Јонските канали се наоѓаат во мембраната на сите ексцитабилни клетки[1] и на многу внатреклеточни органели. Тие често се опишани како тесни канали исполнети со вода, кои дозволуваат премин само на јони со одредена големина и/или електричен полнеж. Оваа одлика се нарекува селективна пропустливост. Типичната пора на канал е широка само еден или два атома во својата најтесна точка, а е селективна за специфични видови на јони, како што се натриум или калиум. Сепак, некои канали можат да бидат пропустливи за премин на повеќе од еден вид на јон, кои обично имаат ист електричен полнеж: позитивен (катјони) или негативен (анјони). Кај многу јонски канали, поминувањето низ пората е регулирано од страна на „порта“, која може да биде отворена или затворена, во зависност од хемиски или електрични сигнали, температура или механичка сила.
Јонските канали се интегрални мембрански белковини, обично изградени од агрегати на неколку поединечни белковини. Ваквите агрегати од повеќе подединици обично имаат кружен аранжман на идентични или хомологни белковини, кои тесно се спакувани околу пора исполнета со вода во состав на биолошка мембрана.[3][4] Кај повеќето напонскорегулирани јонски канали, подединиците кои ја градат пората се означуваат како α подединици, додека помошните подединици се означуваат како β, γ, итн.
Бидејќи јонските канали се основата на нервните импулси и бидејќи каналите активирани од трансмитери ја посредуваат спроводливоста низ синапсите, јонските канали се особено застапени компоненти на нервниот систем. Затоа, голем број на невротоксини (на пример, отровите на пајаците, скорпиите, змиите, рибите, пчелите, морските полжави и други организми) функционираат на тој начин што ја модулираат спроводливоста и/или кинетиката на јонските канали. Покрај тоа, јонските канали се клучни компоненти на широк спектар на биолошки процеси кои вклучуваат брзи промени во клетките, како што се контракцијата на мускулните клетки, транспортот на хранливи материи и јони во епителните клетки, активацијата на Т-лимфоцитите и ослободувањето на инсулин од панкреасните бета-клетки. Јонските канали се едни од најчестите цели на лекови.[5][6][7]
Постојат повеќе од 300 видови на јонски канали само во клетките на внатрешното уво.[8] Јонските канали може да се класифицираат според природата на нивните „порти“, видовите на јони кои минуваат низ овие порти, бројот на портите (порите) и локализацијата на белковините.
Понатамошна хетерогеност на јонските канали се јавува кога канали со различни составни единици даваат специфичен вид на струја.[9] Отсуството или мутацијата на една или повеќе од подединиците на каналот може да резултира со губење на функцијата и, потенцијално, појава на невролошки болести.
Јонските канали може да бидат класифицирани според видот на портата, односно агенсот кој предизвикува отворање и затворање на каналите. На пример, напонскорегулираните јонски канали се отвораат или затвораат во зависност од напонскииот градиент низ плазма мембраната, додека јонските канали регулирани од лиганди се отвораат или затвораат во зависност од врзувањето на лиганди за каналот.
Напонскорегулираните јонски канали се отвораат и затвораат како одговор на мембранскиот потенцијал.
Јонските канали регулирани од лиганди исто така се познати како јонотропни рецептори. Оваа група на канали се отвораат како одговор на специфични лигандни молекули кои се врзуваат за вонклеточниот домен на рецепторот. Врзувањето на лигандот предизвикува конформациона промена во структурата на каналот што на крајот доведува до отворање на портата на каналот и флукс на јони низ плазма мембраната. Примери за вакви канали се ацетилхолинскиот рецептор, јонотропниот рецептор регулиран од глутамат, кисело-чувствителни јонски канали (ASICs, од англ. Acid-sensing ion channels),[10] P2X пуринорецептори и GABAA рецепторот.
Јонските канали активирани од вторични гласници, исто така, може да се категоризираат во оваа група, иако постои разлика помеѓу термините лиганд и вторичен гласник.
Оваа група на јонски канали се отвораат како одговор на специфични липидни молекули кои се врзуваат за трансмембранскиот домен на каналот, типично од внатрешниот слој на плазма мембраната.[11] Липиди кои ги регулираат овие канали се фосфатидилинозитол 4,5-бисфосфат (PIP2) и фосфатидинска киселина (PA).[12][13][14] Многу од калиумовите канали се регулирани од липиди, вклучувајќи ги Kir каналите (од англ. Inward-rectifier potassium channels) и калиумовите канали TREK-1 и TRAAK. Фамилијата на калиумови канали KCNQ се регулирани од PIP2.[15] Напонско-активираниот калиумов канал (Kv) е регулиран од PA. Неговата средна вредност на активација се поместува за +50 mV по хидролиза на PA, што е блиску до вредноста на мембранскиот потенцијал во мирување.[16] Ова наговестува дека Kv може да се отвораат и со липидна хидролиза, независно од волтажата, што го прави овој канал двојно регулиран (липидно-напонски регулиран).
Регулацијата може да се одвива и со помош на вторични гласници од внатрешноста на клеточната мембрана, наместо од надворешноста каков што е случајот со лигандите.
Јонските канали исто така се класифицирани според нивната субцелуларна локализација. Плазма мембраната чини околу 2% од вкупната мембрана на клетката, додека внатреклеточните органели чинат 98%. Главни внатреклеточни мембрански органели се ендоплазматичниот ретикулум, Голџиевиот систем и митохондриите. Врз основа на локализацијата, јонските канали се класифицирани како:
Каналите се разликуваат во однос на јоните кои ги пропуштаат (на пример, Na+, K+, Cl−), начините на кои се регулирани, бројот на подединици од кои се изградени и други аспекти на структурата.[24] Каналите кои припаѓаат на најголемата класа, која ги вклучува напонскорегулираните канали кои се основата на нервните импулси, се состојат од четири подединици, од кои секоја има шест трансмембрански завојници. При активација, овие завојници се придвижуваат и ја отвораат пората. Два од овие шест хеликса се одделени со петелка која ја опколува пората, и таа е главната детерминанта за јонската селективност и спроводливост кај оваа класа на канали и некои други. Постоењето на јонска селективност и механизмот на кој се одвива за првпат било предложено во доцните 1960-ти години од страна на Бертил Хајл и Клеј Армстронг.[25][26][27][28][29] Идејата за јонска селективност на калиумовите канали била дека карбонилните кислороди од полипептидниот рбет на белковината може ефикасно да ги заменат молекулите на вода, кои нормално ги опколуваат калиумовите јони, но дека натриумовите јони се помали и не можат да бидат целосно дехидрирани и затоа не можат да поминат. Овој механизам конечно бил потврден кога била објавена првата структура на јонски канал. Во 2003 година, Родерик Мекинон ја добил Нобеловата награда за хемија за утврдување на структурата на KcsA бактерискиот калиумов канал со помош на рендгенска кристалографија.[30]
Поради нивната мала големина и тежината за кристализација на интегралните мембрански белковини за рендгенска анализа, од релативно неодамна научниците се во можност директно да ја проучат структурата на јонските канали. Во случаи кога кристалографијата бара отстранување на каналите од нивните мембрани со детергент, добиените резултати се сметаат за несигурни. Пример е долгоочекуваната кристална структура на напонскорегулираниот калиумов канал, која била објавена во мај 2003 година.[31][32] Една неизбежна несигурност во врска со овие структури се однесува на силниот доказ дека каналите многу често ја менуваат својата конформација (на пример кога се отвораат и затвораат), така да структурата во кристалот може да е само една од многуте можни конформации. Истражувачите повеќе имаат изведено за структурата и функцијата на каналите со употреба на електрофизиологија, биохемија, споредба на генски низи и мутагенеза.
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.