Canale ionice

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită la 31 august 2019; verificările necesită 23 de modificări .

Canalele ionice sunt proteine  ​​care formează pori (complexe unice sau întregi) care mențin diferența de potențial care există între părțile exterioare și interioare ale membranei celulare ale tuturor celulelor vii . Sunt proteine ​​de transport . Cu ajutorul lor , ionii se deplasează în funcție de gradienții lor electrochimici prin membrană. Astfel de complexe sunt un set de proteine ​​identice sau omoloage ambalate dens în stratul dublu lipidic al membranei din jurul porului de apă. Canalele sunt localizate în plasmalemă și unele dintre membranele interioare ale celulei.

Prin canalele ionice trec ionii Na + ( sodiu ), K + ( potasiu ), Cl - ( clor ) și Ca 2 + ( calciu ) . Datorită deschiderii și închiderii canalelor ionice, concentrația de ioni de pe diferite părți ale membranei se modifică și potențialul membranei se schimbă.

Proteinele canalului sunt compuse din subunități care formează o structură cu o configurație spațială complexă, în care, pe lângă por, există de obicei sisteme moleculare de deschidere, închidere, selectivitate , inactivare , recepție și reglare . Canalele ionice pot avea mai multe locuri (site-uri) pentru legarea la substanțele de control.

Tipuri de canale ionice

Clasificarea canalelor ionice se realizează în funcție de diferiți parametri și, prin urmare, nu există încă o clasificare unică pentru acestea.

Deci, o clasificare este posibilă în funcție de structura (structura) și originea din același tip de gene .

Conform acestui principiu, de exemplu, se disting trei familii de canale ionice activate de liganzi [1] :

  1. cu receptori purinici (activați de ATP);
  2. cu receptori nicotinici ACh , GABA , receptori pentru glicină şi serotonină ;
  3. cu receptori de glutamat .

În acest caz, canalele ionice cu selectivitate ionică diferită , precum și cu receptori pentru diferiți liganzi , se încadrează în aceeași familie . Dar, pe de altă parte, proteinele care formează aceste canale au o mare asemănare ca structură și origine.

Canalele ionice pot fi clasificate și prin selectivitate în funcție de ionii care trec prin ele : sodiu, potasiu, calciu, clorură , proton ( hidrogen ).

Conform clasificării funcționale [2] , canalele ionice sunt grupate în funcție de modalitățile de gestionare a stării lor în următoarele tipuri:

  1. Negestionat (independent).
  2. Controlat de potențial (sensibil la potențial, dependent de tensiune, dependent de tensiune).
  3. Controlat de ligand (controlat de chimio, chimiosensibil, dependent de chimio, dependent de ligand, activat de receptor ).
  4. Controlat indirect (controlat secundar, activat de ioni, dependent de ioni, controlat de mesager , controlat de receptorii metabotropi ).
  5. Administrat concomitent ( complex NMDA -receptor-canal). Ele sunt deschise simultan de ambii liganzi si de un anumit potential electric al membranei . Putem spune că au un control dublu. Exemplu: complexul NMDA-receptor-canal, care are un sistem de control complex care include 8 situsuri-situ-uri receptor la care se pot lega diferiți liganzi.
  6. Controlat de stimul (mecanosensibil, mecanosensibil, activat prin întinderea bistratului lipidic, activat de protoni , sensibil la temperatură).
  7. Controlat de actină (canale reglate de actină, reglate de actină, reglate de actină).
  8. Conexoni (pori dubli).

Cele mai frecvente sunt două tipuri de canale: canale ionice cu porți dependente de ligand (situate, în special, în membrana postsinaptică a joncțiunilor neuromusculare) și canale ionice cu porți dependente de tensiune. Canalele dependente de ligand transformă semnalele chimice care vin în celulă în semnale electrice; sunt necesare, în special, pentru funcționarea sinapselor chimice . Canalele dependente de tensiune sunt necesare pentru propagarea potențialului de acțiune .

Funcționarea canalelor ionice

Canale ionice necontrolate (independente)

Aceste canale sunt de obicei deschise și permit în mod constant ionilor să treacă prin ele prin difuzie de-a lungul gradientului lor de concentrație și/sau de-a lungul gradientului de sarcină electrică de pe ambele părți ale membranei. Unele canale necontrolate disting substanțele și trec prin ele însele de-a lungul gradientului de concentrație toate moleculele mai mici de o anumită dimensiune, ele sunt numite „canale neselective” sau „pori”. Există și „canale selective”, care, datorită diametrului și structurii suprafeței interioare, transportă doar anumiți ioni. Exemple: canale de potasiu implicate în formarea potențialului membranar de repaus, canale de clorură , canale epiteliale de sodiu , canale anionice eritrocitare . [3]

Canale ionice dependente de tensiune

Aceste canale sunt ( canale de calciu L- , N- , P- , Q- , R- , T-tipuri , Potential dependent canal anionic ) sunt responsabili de propagarea potențialului de acțiune, se deschid și se închid ca răspuns la o modificare a potențialului de membrană . De exemplu, canalele de sodiu. Dacă potențialul de membrană este menținut la potențialul de repaus , canalele de sodiu sunt închise și nu există curent de sodiu. Dacă potențialul membranei se schimbă în direcția pozitivă, atunci canalele de sodiu se vor deschide și ionii de sodiu vor începe să intre în celulă delungul gradientului de concentrație . La 0,5 ms după stabilirea unei noi valori a potențialului de membrană, acest curent de sodiu va atinge un maxim. Și după câteva milisecunde, scade la aproape 12. În timpul potențialului membranar de repaus , concentrația intracelulară a ionilor de sodiu este de 12 mmol/litru, iar concentrația extracelulară este de 145 mmol/litru. Aceasta înseamnă că canalele se închid după ceva timp din cauza inactivării, chiar dacă membrana celulară rămâne depolarizată . Dar când sunt închise, sunt diferite de starea în care se aflau înainte de deschidere, acum nu se pot deschide ca răspuns la depolarizarea membranei, adică sunt inactivate . În această stare, ele vor rămâne până când potențialul membranei revine la valoarea inițială și are loc o perioadă de recuperare, care durează câteva milisecunde.

Canale ionice dependente de ligand

Aceste canale se deschid atunci când un neurotransmițător se leagă de situsurile lor exterioare ale receptorilor și le modifică conformația . Deschizându-se, ei lasă să intre ionii , modificând astfel potențialul membranei . Canalele dependente de ligand sunt aproape insensibile la modificările potenţialului membranei. Ele generează un potențial electric, a cărui putere depinde de cantitatea de mediator care intră în fanta sinaptică și de timpul în care se află acolo.

Proprietățile canalelor ionice

Canalele sunt caracterizate prin specificitate ionică . Canalele de un tip trec numai ioni de potasiu, celălalt - doar ioni de sodiu etc.

Selectivitatea  este crescută selectiv permeabilitatea canalului ionic pentru anumiți ioni și redusă pentru alții. O astfel de selectivitate este determinată de filtrul selectiv, punctul cel mai îngust al porului canalului. Filtrul, pe lângă dimensiunile înguste, poate avea și o sarcină electrică locală.

Permeabilitatea controlată  este capacitatea de a deschide sau închide sub anumite acțiuni de control pe canal.

Inactivarea  este capacitatea unui canal ionic de a-și reduce automat permeabilitatea la ceva timp după deschidere, chiar dacă factorul de activare care le-a deschis continuă să funcționeze.

Blocarea este capacitatea unui canal ionic, sub acțiunea unor substanțe blocante, de a-și fixa una dintre stările și de a nu răspunde la acțiunile obișnuite de control. Blocarea este cauzată de substanțe blocante, care pot fi numite antagoniști, blocanți sau litici.

Plasticitatea  este capacitatea unui canal ionic de a-și schimba proprietățile, caracteristicile. Cel mai comun mecanism care asigură plasticitatea este fosforilarea aminoacizilor proteinelor canalului din partea citoplasmatică a membranei de către enzimele protein kinazei .

Descoperire

Fondatorul teoriei membranei biopotențialelor a fost Julius Bernstein . Modelul canalului ionic a fost descris de Alan Hodgkin și Andrew Huxley într-o serie de lucrări din 1952. Pentru descoperirile referitoare la mecanismele ionice de excitație și inhibiție în regiunile periferice și centrale ale membranei celulelor nervoase, A. Hodgkin și E. Huxley au primit în 1963 Premiul Nobel pentru Fiziologie sau Medicină . Ei au împărtășit-o cu John Eccles , care a studiat mecanismele de transport a diferiților ioni în sinapsele excitatorii și inhibitorii . Lucrările clasice ale lui Hodgkin și Huxley au servit drept bază pentru studiile ulterioare ale organizării structurale și funcționale și ale mecanismelor de reglare a canalelor ionice în diferite tipuri de celule [4] .

Canalul Ion în artă

Sculptura Birth of an Idea, înaltă de 1,5 metri, bazată pe structura canalului de potasiu KcsA, a fost creată pentru laureatul Nobel Roderick MacKinnon [5] . Lucrarea conține un cadru de sârmă care susține un obiect din sticlă galbenă suflată care reprezintă cavitatea principală a structurii canalului.

Vezi și

Note

  1. ↑ Canalele ionice ale unei celule excitabile (structură, funcție, patologie) / Zefirov A. L., Sitdikova G. F. Kazan: Art Cafe, 2010. 271 p.
  2. ↑ Sazonov V. F. Clasificarea funcțională a canalelor ionice membranare // Lucrări științifice ale celui de-al III-lea Congres al Fiziologilor din CSI. M.: Medicină-Sănătate, 2011. S. 72.
  3. ↑ Canale ionice membranare Copie de arhivă din 13 decembrie 2011 la Wayback Machine / Sazonov V. F., Candidat la Științe Biologice.
  4. ↑ Teoria ionică a impulsului nervos
  5. ↑ Ball, Filip. Crezetul: Arta inspirată de știință ar trebui să fie mai mult decât o imagine frumoasă  // Lumea  chimiei :revistă. - 2008. - Martie ( vol. 5 , nr. 3 ). - P. 42-43 . Arhivat din original pe 20 iunie 2013.

Bibliografie

Link -uri

  Accesați articolul Wikidata  Dicționare și enciclopedii
 Transport pe membrană
Mecanisme pentru transportul substanțelor chimice prin membrana celulară
Transport pasiv
transport activ
citoza
Endocitoza
exocitozăDegranulare