İyon kanalı, protein, hemen hemen tüm canlı hücreler tarafından eksprese edilen, sodyum, potasyum, kalsiyum ve klorür iyonları dahil olmak üzere çözünmüş tuzlardan yüklü iyonlar için aksi halde sızdırmaz lipit hücre zarından geçmesi için bir yol oluşturur. Sinir sistemindeki hücrelerin çalışması, kalbin ve iskelet kasının kasılması ve pankreastaki sekresyon, iyon kanalları gerektiren fizyolojik süreçlerin örnekleridir. Ek olarak, hücre içi organellerin zarlarındaki iyon kanalları sitoplazmik kalsiyum konsantrasyonunun düzenlenmesi ve spesifik hücre altı kompartmanların (örn. Lizozomların) asitleştirilmesi için önemlidir.
hücre: Membran kanalları
Hücre zarlarından geçen elektrik akımını ölçen biyofizikçiler, genel olarak, hücre zarlarının çok daha büyük
Evrim ve seçicilik
İyonlar pasif olarak kanallardan dengeye doğru akarlar. Bu hareket, elektrik (voltaj) veya kimyasal (konsantrasyon) gradyanlarıyla tahrik edilebilir. İyon kanallarının gelişimi sonucunda iyon akışını değiştirme yeteneği, tek hücreli organizmaların, çevresel değişiklikler karşısında hacmini düzenlemelerine izin vererek evrimsel bir avantaj sağlamış olabilir. İlerleyen evrim yoluyla, iyon kanalları hücresel sekresyon ve elektrik sinyallemesinde önemli roller oynamaya başlamıştır.
Çoğu iyon kanalı geçitlidir - yani kendiliğinden veya küçük bir molekülün kanal proteinine bağlanması (ligand geçitli iyon kanalları) veya membran boyunca voltaj değişikliği gibi belirli bir uyarana yanıt olarak açılır ve kapanırlar. kanal proteininin yüklü segmentleri tarafından algılanan (voltaj kapılı iyon kanalları). Buna ek olarak, çoğu iyon kanalı seçicidir ve sadece belirli iyonların geçmesine izin verir. Bazı kanallar sadece bir tür iyon (örneğin potasyum) yürütürken, diğer kanallar göreceli seçicilik sergilerler - örneğin, negatif yüklü anyonlar hariç tutulurken pozitif yüklü katyonların geçmesine izin verilir. Yüksek organizmalardaki hücreler, her biri farklı seçicilik ve farklı geçitleme özelliklerine sahip 100'den fazla farklı iyon kanalı tipini ifade edebilir.
İşlev ve yapı
Yüklü iyonların açık kanallardan akışı, yükün dağılımını değiştirerek membran üzerindeki voltajı değiştiren bir elektrik akımını temsil eder. Uyarılabilir hücrelerde, geçici pozitif iyonların (örn., Sodyum ve kalsiyum iyonları) geçici akışına izin veren voltaj geçişli kanallar, aksiyon potansiyelleri olarak bilinen zarın kısa depolarizasyonlarının temelini oluşturur. Aksiyon potansiyelleri, fizyolojik çıktıların koordinasyonu ve hassas zamanlaması için uzun mesafelerde hızla iletilebilir. Neredeyse tüm durumlarda, aksiyon potansiyelleri, voltaj kapılı kalsiyum seçici iyon kanallarını açarak ve hücre içi kalsiyum konsantrasyonunu yükselterek, sekresyon veya kas kasılması gibi alt fizyolojik etkileri tetikler.
Birçok farklı iyon kanalı proteininin amino asit sekansları belirlenmiştir ve birkaç durumda kanalın X-ışını kristal yapısı da bilinmektedir. Yapılarına bağlı olarak, iyon kanallarının çoğu altı veya yedi süper aileye ayrılabilir. En iyi karakterize edilmiş iyon kanalları arasında yer alan potasyum seçici kanallar için, dört homolog transmembran alt birimi, iletken gözenek olarak bilinen ve polar olmayan lipit membran boyunca polar bir yol sağlayan bir tünel oluşturmak için bir araya gelir. Diğer kanal tipleri, merkezi iletken gözeneği oluşturmak için üç veya beş homolog alt birim gerektirir. Çözeltide iyonlar, çevredeki polarize su molekülleri tarafından stabilize edilir. Dar, oldukça seçici iyon kanalları, iletken gözenekleri polarize karbonil oksijen atomları ile kaplayarak su ortamını taklit eder. Daha az seçici kanallar, iyonların ve su moleküllerinin birlikte geçebilecek kadar geniş çaplı gözenekler oluşturur.
Toksinler ve hastalık
Birçok doğal toksin iyon kanallarını hedef alır. Örnekler, üfleyicilerde (balon balığı) ve diğer bazı organizmalarda bulunan bakteriler tarafından üretilen voltaj kapılı sodyum kanal bloker tetrodotoksini; Bungarus cinsindeki (krats) yılan zehirinden geri dönüşümsüz nikotinik asetilkolin reseptörü antagonisti alfa-bungarotoksin; ve sırasıyla nörotransmitter glisin ve asetilkolin tarafından açılan iyon kanallarının aktivasyonunu inhibe eden striknin ve d-tubokurarin gibi bitki kaynaklı alkaloidler. Ek olarak, lokal anestezikler, benzodiazepinler ve sülfonilüre türevleri dahil olmak üzere çok sayıda terapötik ilaç, iyon kanalı aktivitesini modüle etmek için doğrudan veya dolaylı olarak etki eder.
İyon kanalı genlerinde ve iyon kanalı aktivitesini düzenleyen proteinleri kodlayan genlerde kalıtsal mutasyonlar ataksi (gönüllü kas hareketlerini koordine edememe), diyabetes mellitus, belirli epilepsi türleri ve kardiyak aritmiler (düzensizlikler) kalp atışı). Örneğin, sodyum seçici ve potasyum seçici kanallardaki veya bunların ilişkili düzenleyici alt birimlerindeki genetik varyasyonlar, bazı uzun QT sendromu formlarının altında yatmaktadır. Bu sendrom, ölümcül aritmilere yol açabilen kardiyak miyosit aksiyon potansiyellerinin depolarizasyon süresinde bir uzama ile karakterizedir. Ek olarak, pankreastaki hücrelerden insülin sekresyonunu kontrol eden adenosin trifosfat (ATP) duyarlı potasyum kanallarındaki mutasyonlar, bazı diyabet mellitus formlarının altında yatmaktadır.
