Ioncsatorna: a fehérje, amelyet gyakorlatilag minden élő sejt expresszál, és amely útvonalat hoz létre az oldott sókból, például nátrium-, kálium-, kalcium- és klorid-ionokból töltött ionok számára, hogy áthaladjanak az egyébként impermeáns lipid sejtmembránon. Az idegrendszer sejtjeinek működése, a szív és a vázizom összehúzódása, valamint a hasnyálmirigy szekréciója olyan fiziológiai folyamatok példái, amelyek ioncsatornákat igényelnek. Ezenkívül az intracelluláris organellák membránjaiban lévõ ioncsatornák fontosak a citoplazmatikus kalciumkoncentráció és a specifikus szubcelluláris kompartmentek (pl. Lizoszómák) savasodásának szabályozásában.
cella: Membráncsatornák
A sejtmembránon áthaladó elektromos áramot mérő biofizikusok azt találták, hogy a sejtmembránok általában meglehetősen nagyobb
Evolúció és szelektivitás
Az ionok passzív módon áramlanak a csatornákon az egyensúly felé. Ezt a mozgást elektromos (feszültség) vagy kémiai (koncentráció) gradiensek vezérelhetik. Az ioncsatornák fejlődésének eredményeként az ionáram megváltoztatásának képessége evolúciós előnyt jelenthet, mivel lehetővé tette az egysejtű szervezetek számára, hogy a környezeti változásokkal szemben szabályozják térfogatukat. A későbbi evolúció révén az ioncsatornák alapvető szerepet játszanak a celluláris szekrécióban és az elektromos jelzésben.
A legtöbb ioncsatorna kapuval van ellátva, vagyis spontán módon vagy egy adott stimulusra adott válaszként nyitódik és záródik, például egy kis molekula kötődése a csatornafehérjéhez (ligandum által megkötött ioncsatornák) vagy a membránon belüli feszültségváltozás ezt a csatornafehérje töltött szegmensei érzékelik (feszültségfüggő ioncsatornák). Ezenkívül a legtöbb ioncsatorna szelektív, engedve csak bizonyos ionok átjutását. Egyes csatornák csak egy típusú ionot vezetnek (pl. Kálium), míg más csatornák relatív szelektivitást mutatnak - például lehetővé teszik a pozitív töltésű kationok átjutását, miközben kizárják a negatív töltésű anionokat. A magasabb organizmusok sejtjei több mint 100 különféle ioncsatornát expresszálhatnak, mindegyik eltérő szelektivitással és eltérő kapuzási tulajdonságokkal.
Funkció és felépítés
A töltött ionok áramlása a nyitott csatornákon keresztül egy olyan elektromos áramot képvisel, amely megváltoztatja a feszültséget a membránon a töltés eloszlásának megváltoztatásával. Az ingerlévõ cellákban a feszültségfüggõ csatornák, amelyek lehetõvé teszik a pozitív ionok átmeneti beáramlását (pl. Nátrium- és kalciumionok), a membrán rövid idõbeni depolarizációja alatt állnak, amelyeket akciópotenciáloknak hívunk. Az akciópotenciálok nagy távolságokon gyorsan átvihetők, lehetővé téve a fiziológiai eredmények koordinációját és pontos időzítését. Szinte minden esetben az akciópotenciák a fiziológiás hatásokat (pl. Szekréció vagy izom összehúzódás) váltják ki a downstream fiziológiás hatásokkal, ha feszültségfüggő kalciumszelektív ioncsatornákat nyitnak és megnövelik az intracelluláris kalciumkoncentrációt.
Sok különböző ioncsatorna-fehérje aminosav-szekvenciáját meghatározták, és néhány esetben a csatorna röntgenkristály-szerkezete is ismert. Szerkezetük alapján az ioncsatornák többsége hat vagy hét szupercsaládba sorolható. A kálium-szelektív csatornákhoz, amelyek a legjobban jellemezhető ioncsatornák közé tartoznak, négy homológ transzmembrán alegység összekapcsol egy alagút létrehozását, az úgynevezett vezető pórusokat, amelyek egy poláris utat biztosítanak a nem poláris lipidmembránon. Más csatornatípusoknak három vagy öt homológ alegységre van szükségük a központi vezető pórus létrehozásához. Oldatban az ionokat polarizált vízmolekulák stabilizálják a környező környezetben. Keskeny, nagyon szelektív ioncsatornák utánozzák a vízkörnyezetet azáltal, hogy a vezető pórusokat polarizált karbonil-oxigénatomokkal béleli. A kevésbé szelektív csatornák olyan pórusokat képeznek, amelyek átmérője elég nagy ahhoz, hogy az ionok és a vízmolekulák együtt menjenek át.
Toxinok és betegségek
Számos természetes toxin célozza az ioncsatornákat. Példa erre a feszültségfüggő nátrium-csatorna blokkoló tetrodotoxin, amelyet pufferokban (blowfish) élő baktériumok és számos más szervezet termel; irreverzibilis nikotin-acetil-kolin receptor antagonista alfa-bungarotoxin, a kígyók méregéből a Bungarus nemzetségben (kraits); és növényi eredetű alkaloidok, például a sztrichin és a d-tubokurarin, amelyek gátolják a glicin és acetilkolin neurotranszmitterek által nyitott ioncsatornák aktiválását. Ezen túlmenően számos terápiás gyógyszer, beleértve a helyi érzéstelenítőket, benzodiazepineket és szulfonilkarbamid-származékokat, közvetlenül vagy közvetett módon hat az ioncsatorna aktivitásának módosítására.
Az ioncsatorna-gének és az ioncsatorna-aktivitást szabályozó fehérjéket kódoló gének öröklődő mutációi számos betegségben szerepet játszanak, beleértve ataxia (az önkéntes izommozgások összehangolásának képességét), diabetes mellitus, bizonyos típusú epilepsziák és szívritmuszavarok (rendellenességek) szívverés). Például a nátrium-szelektív és a kálium-szelektív csatornák, vagy azokhoz kapcsolódó szabályozó alegységek genetikai variációi a hosszú QT-szindróma bizonyos formáinak alapját képezik. Ezt a szindrómát a szívizomsejtek depolarizációs idejének meghosszabbodása jellemzi, ami halálos ritmuszavarokhoz vezethet. Ezen túlmenően az adenozin-trifoszfát (ATP) -érzékeny kálium-csatornák mutációi, amelyek szabályozzák a hasnyálmirigy sejtjeinek inzulinszekrécióját, a diabetes mellitus bizonyos formáinak alapjául szolgálnak.
