Štruktúra iónových kanálov, funkcie, typy

Ten iónové kanály Sú to duté membranálne štruktúry, ktoré tvoria kanáliky alebo póry, ktoré prechádzajú hrúbkou membrány a komunikujú vonkajšiu časť bunky s jej cytosolom a naopak; Niektorí môžu mať systém brán, ktorý reguluje jeho otvor.

Tieto kanály sú plné vody a riadia priechod špecifických iónov z jednej strany na druhú membránu. Sú tvorené proteínmi typickými pre bunkové membrány, ktoré tvoria valcové trubicové štruktúry, ktoré ich prechádzajú.

Otvorená a uzavretá konformácia iónového kanála (zdroj: efazzari [CC BY-SA 4.0 (https: // creativeCommons.Org/licencie/By-SA/4.0)] Via Wikimedia Commons)

Transportné mechanizmy cez tieto membrány sa dajú klasifikovať široko v pasívnom alebo aktívnom transporte. Záväzky sú tie, ktoré umožňujú priechod látok v prospech ich koncentračných gradientov, zatiaľ čo aktíva vyžadujú spotrebu energie, pretože vytesňujú látky proti svojim koncentračným gradientom.

Iónové kanály tvoria pasívny transportný mechanizmus, ktorý je možné klasifikovať podľa ich špecifickosti, to znamená podľa typu iónov, ktoré prechádzajú, alebo v závislosti od spôsobu, akým sa otvárajú alebo zatvárajú alebo zatvárajú.

https: // giphy.com/gifs/ion-kanál-y07c7ocoigyKjl6tzz

Hlavnou funkciou týchto membránových transportných systémov je umožnenie regulovaného prechodu látok v bunkách alebo mimo neho, a tak si udržiavať intracelulárne koncentrácie iónov a iných látok.

Prítomnosť bunkových membrán a iónových kanálov zásadne na udržiavanie rozdielov koncentrácie medzi intracelulárnymi a extracelulárnymi médiami, ktoré majú význam z mnohých hľadísk.

Iónové kanály, najmä tie závislé ligand, sú veľmi dôležité vo farmakológii a medicíne, pretože mnoho liekov môže napodobňovať funkcie prírodných ligandov a pripojiť sa k kanálu, otváraním alebo jeho zatváraním, ako tomu tak môže byť prípad.

Iné lieky sú schopné blokovať miesto únie, a tak zabrániť pôsobeniu prírodného ligandu.

[TOC]

Štruktúra

Štruktúra iónových kanálov je tvorená špecifickými transmembránovými proteínmi, ktoré majú tubulárny tvar a zanechávajú póry alebo otvor, ktorý umožňuje komunikáciu medzi vnútorným a vonkajšími bunkami alebo medzi intracelulárnymi kompartmentmi (organely).

Každý iónový kanál znamená špecifický štrukturálny proteín membrány a viac ako 100 génov, ktoré kódujú špecifické iónové kanály.

Napríklad pre sodný kanál sa nazýva 10 génov nazývaných SCN ktoré kódujú rôzne proteíny distribuované v rôznych tkanivách s konkrétnymi funkciami a štruktúrami.

Podobne aj značné množstvo génov, ktoré kodifikujú rôzne proteíny, ktoré tvoria draslíkové kanály, ktoré patria do rôznych rodín a majú rôzne mechanizmy na aktiváciu, otváranie a inaktiváciu.

Proteínová štruktúra iónového kanála

Typicky je funkčný iónový kanál spojený s membránou zložený zo zostavy 4 až 6 podobných polypeptidových podjednotiek (homo oligomérov) alebo rôznych (hetero oligomérov), ktoré medzi nimi tvoria centrálny póry.

Schéma membránskych podjednotiek iónového kanála (zdroj: efazzari [CC BY-SA 4.0 (https: // creativeCommons.Org/licencie/By-SA/4.0)] Via Wikimedia Commons)

Každá podjednotka sa líši v závislosti od charakteristík a vlastností kanála, pretože mnohé z nich sú špecifické pre určité ióny a majú rozmanité otváracie a zatváracie mechanizmy.

Môže vám slúžiť: cnidocyty: Charakteristiky, štruktúra, funkcie, typy

Niektoré kanály sú tvorené jedným polypeptidovým reťazcom organizovaným v opakovaných motívoch, ktoré prechádzajú hrúbkou membrány a fungujú ako ekvivalent proteínovej podjednotky niekoľkokrát.

Okrem týchto podjednotiek, ktoré sú známe v literatúre ako podjednotky a niektoré iónové kanály majú tiež jednu alebo viac pomocných podjednotiek (ß alebo γ), ktoré ich regulujú otváranie a ich uzavretie.

Špecifickosť každého kanála súvisí s priemerom pórov tvorených transmembranálnymi proteínmi a laterálnymi reťazcami (─R) aminokyselín, ktoré ich tvoria.

Týmto spôsobom existujú kanály, ktoré vynechávajú iba sodík, draslík, vápnikové ióny a tak ďalej, pretože bočné reťazce fungujú ako „sito“.

Ďalšie štrukturálne charakteristiky

Ďalšou dôležitou črtou mnohých kanálov sú brány. Kanály s týmito vlastnosťami môžu byť otvorené alebo uzavreté pred miestnymi zmenami, ktoré sa vyskytujú v membránovom mikrochingu, ktorý obklopuje kanál.

V závislosti od typu kanála môžu byť tieto zmeny mechanické, tepelné (zmeny teploty), elektrické (zmeny napätia) alebo chemikálie (väzba ligandu).

Avšak v takzvaných pasívnych iónových kanáloch, ktoré zostávajú otvorené a umožňujú špecifický krok určených iónov, tieto štruktúry nemajú brány alebo sú citlivé na ligandy alebo iné typy stimulov.

V iných iónových kanáloch, ktoré sú citlivé na prítomnosť alebo spojenie ligandov, je väzbové miesto pre ligand buď na extracelulárnej strane alebo na bunkový cytosol av týchto prípadoch majú póry alebo kanály bránu, ktorá je možné otvoriť alebo uzavrieť Podľa stavu jeho ligandu.

Mechanizmus sekundových poslov na otvorenie alebo uzavretie kanálov

V prípade, že majú miesto pre ligand v intracelulárnej časti, tieto kanály majú zvyčajne druhých poslov, ako sú ligandy. Príkladom iónových kanálov, ktoré sa otvárajú alebo blízko mechanizmami druhých poslov, sú mechanizmy čuchových receptorov:

Záverové molekuly sa viažu na ich receptory na extracelulárnej strane. Tieto receptory sú zase pripojené k G proteínu, ktorý je aktivovaný, ktorý zase aktivuje proteín adenylciklázy, ktorý tvorí AMPC, čo je druhý poslov.

AMPC sa pripojí k intracelulárnemu spojeniu vápnikových kanálov, čo vedie k jeho otvoru a vstupu vápnika do bunky.

Ako keby to bol domino efekt, vápnik sa pripojí k miestu na prepojenie iného chlórskeho kanála, ktorý generuje jeho otvor a výstup z tohto iónu, čo spôsobuje depolarizáciu čuchovej bunky.

Je dôležité poznamenať, že zmeny generované ligandami alebo stimuly, ktoré ovplyvňujú iónové kanály, zodpovedajú konformačným zmenám proteínov, ktoré tvoria štruktúru kanála.

Inými slovami, konformačné zmeny, ktoré môžu presunúť bránu a zatvárať alebo otvoriť kanál.

Iné mechanizmy aktivácie a inaktivácie

Niektoré kanály, najmä kanály závislé od napätia, môžu vstúpiť do žiaruvzdorného stavu, počas ktorého ich rovnaká zmena napätia, ktorá ich teraz aktivovala.

Môže vám slúžiť: bunková biológia: História, aké štúdie, aplikácie a koncepty

Napríklad v vápnikových kanáloch závislých od napätia sa zmena napätia otvára kanál a vápnik vstupuje a po tom, čo sa vo vnútri bunky spojí.

Ďalšou formou reverzibilnej inaktivácie vápnikového kanála, ktorý vysvetľuje jeho refraktérny po aktivácii, je parazforácia kanála v dôsledku zvýšenia vnútornej koncentrácie vápnika.

To znamená, že vápnikový kanál môže byť ireverzibilne inaktivovaný v dôsledku prítomnosti patologicky vysokých koncentrácií iónu, ktoré sprostredkujú nábor rozvíjajúcich sa enzýmov iných proteínov aktivovaných vápnikom.

Kanály regulované spoločnosťou Ligando môžu vstúpiť do žiaruvzdorného stavu, keď sú predĺžené predĺžené na ich ligand, pričom tento mechanizmus dostanú názov desenzibilizácie.

Drogy, jedy a toxíny môžu ovplyvniť reguláciu iónových kanálov, ich zatvárať alebo udržiavať otvorené alebo v niektorých prípadoch zaberať lokalitu ligandu, a tak interferovať do ich funkcie.

Funkcia

Iónové kanály majú multiplicitu funkcií, priame alebo nepriame.

- Sú zodpovední za reguláciu toku iónov cez plazmu a organelárne membrány všetkých buniek.

- Umožnite existenciu kontroly nad intracelulárnymi koncentráciami rôznych iónov.

- V neurónoch a vo svalových bunkách iónové kanály kontrolujú variácie membránového potenciálu, ktoré sa vyskytujú počas akčných potenciálov a počas post -synaptického post -synaptického potenciálu efektorových buniek.

- Vápnikové kanály, ktoré generujú čisté toky vápnika do intracelulárneho priestoru, sú zodpovedné za aktiváciu mnohých enzýmov a proteínov, ktoré sa podieľajú na mnohých metabolických procesoch.

- Podobne zvýšenie vápnika v dôsledku zvýšenia transportu iniciuje mechanizmus oslobodenia neurotransmiterov do synaptického priestoru neurónov.

- Preto funkcia iónových kanálov súvisí aj s mechanizmami bunkovej komunikácie.

Generál transportu cez membránu

Ako je uvedené vyššie, membranálne transportné mechanizmy môžu byť aktívne alebo záväzky podľa energie bunky, kde sa nachádzajú. Pasívne mechanizmy sú klasifikované ako jednoduché difúzne a uľahčené difúzie.

Jednoduché šírenie

Jednoduchá difúzia umožňuje priechod fosfolipidovou štruktúrou malých molekúl s veľkosťou tukov, s apolárnymi a záťažovými vlastnosťami.

Napríklad plyny, ako je kyslík (O2) a oxid uhličitý (CO2), etanol a močovina, prechádzajú v prospech svojho koncentračného gradientu.

Uľahčená difúzia

Diseminovaná difúzia je taká, ktorá je uľahčená proteínom a tento pasívny transportný mechanizmus existujú dva typy: iónové kanály a transportné proteíny alebo transportné proteíny.

Iónové kanály sú najpoužívanejším mechanizmom iónových transportných buniek, ktoré nemôžu prejsť jednoduchou difúziou, buď preto, že majú elektrický náboj a membránové fosfolipidy ich odrazujú kvôli svojej veľkosti a polarite alebo inej charakteristike.

Difúzia poskytovaná transportnými proteínmi sa používa na transport väčších látok s zaťažením alebo bez zaťaženia, ako je glukóza a iné cukry.

Môže vám slúžiť: rozhranie

Aktívny membránový transport je ten, ktorý sa vyskytuje proti koncentračnému gradientu rozpustenej látky, ktorá sa prepravuje a vyžaduje spotrebu energie v tvare ATP. Medzi transportéry tohto typu patria čerpadlá a vezikulárna transport.

Ako príklad čerpadiel je sodík/draslík, ktorý trvá tri sodios a zavádza dva draslíky. K dispozícii sú tiež vápnikové čerpadlá.

https: // giphy.com/gifs/qsib5zeioyrufkuusb

Ako príklad vezikulárneho transportu sú endocytóza, exocytóza, pinocytóza a fagocytóza; Všetky tieto aktívne transportné mechanizmy.

Typy iónových kanálov

Z tohto bodu sa odkazuje na iónové kanály, ktoré umožňujú priechod iónov cez membránu v prospech jeho koncentračných gradientov, to znamená, že sú to pasívne transportné kanály.

Vo všeobecnosti je každý z týchto kanálov špecifický pre jeden ión, s výhradou niekoľkých kanálov, ktoré umožňujú transport iónových párov.

Štrukturálna schéma iónového kanála (zdroj: Outslider (Paweł Tokarz) v PL.Wikipedia [verejná doména] cez Wikimedia Commons)

Jedným zo spôsobov, ako klasifikovať iónové kanály, ich zoskupuje podľa mechanizmu zodpovedného za jeho otvorenie. Preto boli opísané pasívne kanály, kanály regulované napätím (závislé od napätia), kanály regulované ligandom a kanály regulované mechanickými stimulmi.

- Pasívne kanály: Sú to kanály, ktoré sú natrvalo otvorené a nereagujú na žiadny druh stimulu; Sú špecifické pre určité ióny.

- Kanály závislé od napätia: Môžu byť otvorené alebo zatvorené (v závislosti od kanála) vzhľadom na zmeny v membránovom napätí. Sú veľmi dôležité pre bunkovú signalizáciu, najmä v centrálnom nervovom systéme cicavcov.

- Kanály závislé od svetla: Tiež nazývané kanály s prepojením dverí alebo regulovaných prepojením sú široko distribuované v rôznych telesných bunkách ľudí, ale v nervovom systéme tvoria tieto iónové kanály aktivované neurotransmitermi a sú nevyhnutné pre synaptický prenos a intercelulárne značenie.

Príklad iónových kanálov závislých od ligandu aktivované neurotransmitermi sú kanály sodíka/draslíka aktivované glutamátom.

Aktivácia cholinergných receptorov, v tomto prípade spojenie acetylcholínu do postsynaptickej membrány (ligand kanála), otvára sodíkové kanály závislé od ligand a umožňuje vstup tohto iónu po jeho koncentračnom gradiente.

- Kanály regulované mechanickými stimulmi: Sú to kanály, ktoré je možné aktivovať distenziou alebo tlakom. Tieto mechanické sily sa prenášajú do kanála cez cytoskelet a kanál sa otvára.

Odkazy

1. Medveď, m. F., Connors, B. W., & Paradiso, m. Do. (Eds.). (2007). Neurovedy (Zv. 2). Lippinott Williams a Wilkins.
2. Katedra biochémie a molekulárnej biofyziky Thomas Jesell, Siegelbaum, S., & Hudspeth, a. J. (2000). Princípy nervovej vedy (Zv. 4, pp. 1227-1246). A. R. Kandel, J. H. Schwartz, & t. M. Jesell (eds.). New York: McGraw-Hill.
3. Lewis, C. Do., & Stevens, C. F. (1983). Selektivita iónov acetylcholínového kanála: INS zažije vodné prostredie. Zborník Národnej akadémie vied, 80(19), 6110-6113.
4. Nelson, D. L., Lehninger, a. L., & Cox, M. M. (2008). Lehninger princípy biochémie. Macmillan.
5. Rawn, J. D. (1998). Biochémia. Burlington, Massachusetts: Vydavatelia Neil Patterson.
6. Viana, f., peñy a., & Belmonte, C. (2002). Špecifickosť transdukcie tepelného chladu je určená diferenciálnym expresiou iónového kanála. Neurovedy, 5(3), 254.