Ионные каналы

Ионные каналы
Трёхмерная структура ацетилхолинового рецептора, функционирующего как неселективый ионный канал.

Ио́нные кана́лы — порообразующие белки (одиночные либо целые комплексы), поддерживающие разность потенциалов, которая существует между внешней и внутренней сторонами клеточной мембраны всех живых клеток. Относятся к транспортным белкам. С их помощью ионы перемещаются согласно их электрохимическим градиентам сквозь мембрану. Такие комплексы представляют собой набор идентичных или гомологичных белков, плотно упакованных в липидном бислое мембраны вокруг водной поры. Каналы расположены в плазмалемме и некоторых внутренних мембранах клетки.

Через ионные каналы проходят ионы Na+ (натрия), K+ (калия), Cl (хлора) и Ca++ (кальция). Из-за открывания и закрывания ионных каналов меняется концентрация ионов по разные стороны мембраны и происходит сдвиг мембранного потенциала.

Канальные белки состоят из субъединиц, образующих структуру со сложной пространственной конфигурацией, в которой кроме поры обычно имеются молекулярные системы открытия, закрытия, избирательности, инактивации, рецепции и регуляции. Ионные каналы могут иметь несколько участков (сайтов) для связывания с управляющими веществами.

Содержание

Типы ионных каналов

Классификация ионных каналов проводится по различным параметрам и поэтому единой унифицированной классификации для них пока не существует.

Так, возможна классификация по структуре (строению) и происхождению от однотипных генов.

По этому принципу, например, выделяют три семейства лиганд-активируемых ионных каналов[1]:

  1. с пуриновыми рецепторами (АТФ-активируемые);
  2. с никотиновыми АХ-рецепторами, ГАМК-, глицин- и серотонин-рецепторами;
  3. с глутаматными рецепторами.

При этом в одно и то же семейство попадают ионные каналы с разной ионной селективностью, а также с рецепторами к разным лигандам. Но зато образующие эти каналы белки имеют большое сходство в строении и происхождении.

Ионные каналы также можно классифицировать по селективности в зависимости от проходящих через них ионов: натриевые, калиевые, кальциевые, хлорные, протонные (водородные).

Согласно функциональной классификации[2], ионные каналы группируются по способам управления их состоянием на следующие виды:

  1. Неуправляемые (независимые).
  2. Потенциал-управляемые (потенциал-чувствительные, потенциал-зависимые, voltage-gated).
  3. Лиганд-управляемые (хемо-управляемые, хемочувствительные, хемозависимые, лиганд-зависимые, рецептор-активируемые).
  4. Опосредованно-управляемые (вторично-управляемые, ион-активируемые, ион-зависимые, мессенджер-управляемые, управляемые метаботропными рецепторами).
  5. Совместно-управляемые (NMDA-рецепторно-канальный комплекс). Они открываются одновременно как лигандами, так и определённым электрическим потенциалом мембраны. Можно сказать, что у них двойное управление. Пример: NMDA-рецепторно-канальный комплекс, имеющий сложную систему управления, включающую в себя 8 рецепторных участков-сайтов, с которыми могут связываться различные лиганды.
  6. Стимул-управляемые (механочувствительные, механосенситивные, активируемые растяжением (stretch) липидного бислоя, протон-активируемые, температурно-чувствительные).
  7. Актин-управляемые (актин-регулируемые, actin-regulated, actin-gated channels).
  8. Коннексоны (двойные поры).

Наиболее часто встречаются два типа каналов: ионные каналы с лиганд-зависимыми воротами (находятся, в частности, в постсинаптической мембране нервно-мышечных соединений) и ионные каналы с потенциал-зависимыми воротами. Лиганд-зависимые каналы превращают химические сигналы, приходящие к клетке, в электрические; они необходимы, в частности, для работы химических синапсов. Потенциал-зависимые каналы нужны для распространения потенциала действия.

Работа ионных каналов

Неуправляемые (независимые) ионные каналы

Эти каналы обычно находятся в открытом состоянии и постоянно пропускают через себя ионы за счёт диффузии по градиенту их концентрации и/или по электрическому градиенту зарядов по обе стороны мембраны. Некоторые неуправляемые каналы различают вещества и пропускают через себя по градиенту концентрации все молекулы меньше определённой величины, их называют "неселективные каналы" или "поры". Существуют также "селективные каналы", которые благодаря своему диаметру и строению внутренней поверхности переносят только определённые ионы. Примеры: калиевые каналы, участвующие в формировании мембранного потенциала покоя, хлоридные каналы, эпителиальные натриевые каналы, анионные каналы эритроцитов.[3]

Потенциал-зависимые ионные каналы

Эти каналы отвечают за распространение потенциала действия, они открываются и закрываются в ответ на изменение мембранного потенциала. Например, натриевые каналы. Если мембранный потенциал поддерживается на уровне потенциала покоя, натриевые каналы закрыты и натриевый ток отсутствует. Если мембранный потенциал сдвигается в положительную сторону, то натриевые каналы откроются, и в клетку начнут входить ионы натрия по градиенту концентрации. Через 0,5 мс после установления нового значения мембранного потенциала, этот натриевый ток достигнет максимума. А еще через несколько миллисекунд падает почти до нуля. Это значит, что каналы через некоторое время закрываются вследствие инактивации, даже если клеточная мембрана остается деполяризованной. Но закрывшись, они отличаются от состояния, в котором находились до открытия, теперь они не могут открываться в ответ на деполяризацию мембраны, то есть они инактивированны. В таком состоянии они останутся до тех пор, пока мембранный потенциал не вернется к исходному значению и не пройдет восстановительный период, занимающий несколько миллисекунд.

Лиганд-зависимые ионные каналы

Эти каналы открываются, когда медиатор, связываясь с их наружными рецепторными участками, меняет их конформацию. Открываясь, они впускают ионы, изменяя этим мембранный потенциал. Лиганд-зависимые каналы почти нечувствительны к изменению мембранного потенциала. Они генерируют электрический потенциал, сила которого зависит от количества медиатора, поступающего в синаптическую щель и времени, которое он там находится.

Свойства ионных каналов

Для каналов характерна ионная специфичность. Каналы одного типа пропускают только ионы калия, другого — только ионы натрия и т. д.

Селективность — это избирательно повышенная проницаемость ионного канала для определённых ионов и пониженная для других. Такая избирательность определяется селективным фильтром — самым узким местом канальной поры. Фильтр, кроме узких размеров, может иметь также локальный электрический заряд.

Управляемая проницаемость — это способность открываться или закрываться при определённых управляющих воздействиях на канал.

Инактивация — это способность ионного канала через некоторое время после своего открытия автоматически понижать свою проницаемость даже в том случае, когда открывший их активирующий фактор продолжает действовать.

Блокировка — это способность ионного канала под действием веществ-блокаторов фиксировать какое-то одно своё состояние и не реагировать на обычные управляющие воздействия. Блокировку вызывают вещества-блокаторы, которые могут называться антагонистами, блокаторами или литиками.

Пластичность — это способность ионного канала изменять свои свойства, свои характеристики. Наиболее распространённый механизм, обеспечивающий пластичность — это фосфорилирование аминокислот канальных белков с внутренней стороны мембраны ферментами-протеинкиназами.

Примечания

  1. Ионные каналы возбудимой клетки (структура, функция, патология) / Зефиров А. Л., Ситдикова Г. Ф. Казань: Арт-кафе, 2010. 271 с.
  2. Сазонов В. Ф. Функциональная классификация мембранных ионных каналов // Научные труды III Съезда физиологов СНГ. М.: Медицина-Здоровье, 2011. С. 72.
  3. Ионные каналы мембраны / Сазонов В. Ф., кандидат биологических наук.

Библиография

  • Фундаментальная и клиническая физиология / Под ред. Камкина А.Г. и Каменского А.А.. — М.: Издательский центр «Академия», 2004. — 1072 с. — 5000 экз. — ISBN 978-5-7695-1675-7

Ссылки



Wikimedia Foundation. 2010.

Помощь в написании эссе

Полезное


Смотреть что такое "Ионные каналы" в других словарях:

  • ИОННЫЕ КАНАЛЫ — ИОННЫЕ КАНАЛЫ, крупные белковые молекулы и надмолекулярные структуры липопротеидной природы, встроенные в мембраны клетки и ее органоидов (см. Биологические мембраны (см. БИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕМБРАНЫ)). Обеспечивают избирательное прохождение ионов… …   Энциклопедический словарь

  • ИОННЫЕ КАНАЛЫ — надмолекулярные системы мембран живой клетки и её органоидов, имеющие липопротеидную природу и обеспечивающие избират. прохождение разл. ионов через мембрану. Наиб, распространены каналы для ионов Na+, К+, Са2+; часто к И. к. относят и протон… …   Биологический энциклопедический словарь

  • Кислото-чувствительные ионные каналы — (КЧИК) (англ. Acid Sensing Ion Channels) нейронные потенциал независимые катионные каналы, активируемые внеклеточными протонами. Белки КЧИК являются подсемейством суперсемейства ЭНК ионных каналов. На сегодня распознано пять белков семейства …   Википедия

  • Хлоридные каналы — суперсемейство белков, образующих в клеточных мембранах ионные каналы, отвечающие за перенос ионов хлора. Хлоридные каналы играют ряд важных физиологических и клеточных функций, таких как регулирование внутриклеточной клеточной кислотности и… …   Википедия

  • Модель Ходжкина — Модель Ходжкина  Хаксли  математическая модель, описывающая генерацию и распространение потенциалов действия в нейронах и других электрически возбуждаемых клетках  таких, например, как сердечные миоциты. Модель представляет собой… …   Википедия

  • Метод локальной фиксации потенциала — Метод локальной фиксации потенциала, patch clamp (англ. patch  фрагмент, clamp здесь  фиксация)  электрофизиологическая методика для изучения свойств ионных каналов, состоящая в том, что фрагмент клеточной мембраны изолируется …   Википедия

  • Петч-клемп — Метод локальной фиксации потенциала, patch clamp (англ. patch  фрагмент, clamp здесь  фиксация)  электрофизиологическая методика для изучения свойств ионных каналов, состоящая в том, что фрагмент клеточной мембраны изолируется с помощью… …   Википедия

  • Петч клемп — Метод локальной фиксации потенциала, patch clamp (англ. patch  фрагмент, clamp здесь  фиксация)  электрофизиологическая методика для изучения свойств ионных каналов, состоящая в том, что фрагмент клеточной мембраны изолируется с помощью… …   Википедия

  • Пэтч-клэмп — Метод локальной фиксации потенциала, patch clamp (англ. patch  фрагмент, clamp здесь  фиксация)  электрофизиологическая методика для изучения свойств ионных каналов, состоящая в том, что фрагмент клеточной мембраны изолируется с помощью… …   Википедия

  • Пэтч кламп — Метод локальной фиксации потенциала, patch clamp (англ. patch  фрагмент, clamp здесь  фиксация)  электрофизиологическая методика для изучения свойств ионных каналов, состоящая в том, что фрагмент клеточной мембраны изолируется с помощью… …   Википедия


Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»