Ιόνιο κανάλι

ΕΝΑ Ιόνιο κανάλι είναι μια διαμεμβρανική πρωτεΐνη που σχηματίζει πόρο στη μεμβράνη και επιτρέπει στα ιόντα να διέρχονται μέσω της μεμβράνης. Τα ιόντα είναι ηλεκτρικά φορτισμένα σωματίδια, μπορούν να φορτιστούν θετικά αλλά και αρνητικά. Βρίσκονται σε συνεχή ανταλλαγή μεταξύ του κελιού και του περιβάλλοντός του ή ενός άλλου γειτονικού κελιού.

Τι είναι ένα κανάλι ιόντων;

Η μεμβράνη ενός κυττάρου αποτελείται από μια λιπιδική διπλή στιβάδα. Τα κανάλια ιόντων είναι διαμεμβρανικές πρωτεΐνες που εκτείνονται στη μεμβράνη και επιτρέπουν στα ιόντα να διέρχονται. Τα κανάλια ιόντων είναι επίσης γνωστά ως πρωτεΐνες διαύλου επειδή σχηματίζουν ένα πέρασμα.

Η ομάδα καναλιών ιόντων χωρίζεται σε διαφορετικές κατηγορίες, τα κανάλια ενεργών και παθητικών ιόντων. Τα κανάλια ενεργών ιόντων δημιουργούν τη διέλευση των ιόντων μέσω της ενεργού μεταφοράς, επομένως απαιτούν ενέργεια για αυτήν τη διαδικασία. Τα κανάλια παθητικών ιόντων, από την άλλη πλευρά, δεν καταναλώνουν ενέργεια και επιτρέπουν στα ιόντα να περάσουν κατά μήκος μιας υπάρχουσας ηλεκτροχημικής βαθμίδας. Αυτή η κλίση μπορεί να χωριστεί σε χημικά και ηλεκτρικά εξαρτήματα. Η χημική βαθμίδα περιγράφει μια βαθμίδα συγκέντρωσης. Τα σωματίδια μιας συγκεκριμένης ουσίας όπως το κάλιο κινούνται με μη συντονισμένο τρόπο μεταξύ δύο διαμερισμάτων με τη βοήθεια καναλιών ιόντων.

Αυτό έχει ως αποτέλεσμα την ομοιόμορφη κατανομή αυτών των σωματιδίων μεταξύ των δύο διαμερισμάτων. Αυτό είναι επίσης γνωστό ως μοριακή κίνηση Brownian. Η ηλεκτρική κλίση, από την άλλη πλευρά, περιέχει την κατανομή της ηλεκτρικής τάσης. Για παράδειγμα, εάν υπάρχει αυξημένο αρνητικό φορτίο σε ένα διαμέρισμα, σχηματίζεται μια ηλεκτρική κλίση. Τα θετικά σωματίδια του άλλου διαμερίσματος μετακινούνται στη συνέχεια στο αρνητικά φορτισμένο διαμέρισμα για να αντισταθμίσουν την άνιση τάση που δημιουργείται από την κλίση. Τα κανάλια ενεργών ιόντων λειτουργούν ειδικά ενάντια σε μια κλίση. Για παράδειγμα, μπορούν να μεταφέρουν περαιτέρω αρνητικά φορτισμένα σωματίδια στο ήδη αρνητικά φορτισμένο διαμέρισμα. Ωστόσο, αυτή η διαδικασία απαιτεί μια δαπάνη ενέργειας.

Λειτουργία, εφέ & εργασίες

Τα κανάλια ιόντων έχουν μια ποικιλία λειτουργιών. Τα κανάλια ιόντων που ελέγχονται από πομπούς στις συνάψεις των νευρικών κυττάρων παίζουν σημαντικό ρόλο στη μετάδοση σημάτων μεταξύ διαφορετικών νευρώνων. Αυτοί οι τύποι καναλιών ιόντων βρίσκονται στον μετασυναπτικό τερματισμό.

Εάν υπάρχει ένα εισερχόμενο σήμα, η σύναψη απελευθερώνει έναν συγκεκριμένο νευροδιαβιβαστή. Αυτό μπαίνει στο συναπτικό κενό και συνδέεται με τους υποδοχείς των καναλιών ιόντων που ελέγχονται από τον πομπό. Αυτό ανοίγει αυτά και αλλάζει το δυναμικό της μεμβράνης του postynapse. Ανάλογα με την κατάσταση, υπάρχει τότε ένα διεγερτικό ή ανασταλτικό δυναμικό μεμβράνης. Αυτό εξαρτάται από το εάν το δυναμικό της μεμβράνης ανυψώνεται ή μειώνεται και αυτό με τη σειρά του καθορίζεται από την εισροή ιόντων μέσω του καναλιού ιόντων που ελέγχεται από τον πομπό. Η μετάδοση ερεθισμάτων στον νευρώνα, αυτό μπορεί να γίνει στον εγκέφαλο ή στον νωτιαίο μυελό, δημιουργείται από κανάλια ιόντων. Για παράδειγμα, η διαδικασία της όρασης είναι δυνατή, αλλά και η μετάδοση ερεθισμάτων στην περίπτωση ενός αντανακλαστικού όπως το αντανακλαστικό hamstring.

Όταν υπάρχει αλλαγή στο δυναμικό της μεμβράνης, τα κανάλια ιόντων ανοίγουν κατά μήκος των νευρώνων. Αυτό δημιουργεί μια μετάδοση του αλλαγμένου δυναμικού της μεμβράνης κατά μήκος ενός νευρώνα παρόμοιου με ένα φαινόμενο ντόμινο. Η τάση της μεμβράνης προκαλείται επειδή υπάρχει αρνητικό φορτίο μέσα στον νευρώνα και θετικό φορτίο στην εξωκυτταρική περιοχή. Εάν ξεπεραστεί το λεγόμενο δυναμικό ανάπαυσης της τάσης της μεμβράνης, συμβαίνει υπερπόλωση της μεμβράνης. Αυτό καθιστά την ένταση της μεμβράνης ακόμη πιο αρνητική. Αυτό συμβαίνει λόγω του ανοίγματος ή του κλεισίματος των καναλιών ιόντων. Αυτά τα κανάλια ιόντων είναι κανάλια καλίου, ασβεστίου, χλωριδίου και νατρίου. Εξαρτώνται από την τάση, οπότε ανοίγουν ή κλείνουν ανάλογα με το δυναμικό της μεμβράνης.

Αυτή η διαδικασία είναι γνωστή ως δυναμικό δράσης και χωρίζεται σε διαφορετικά στάδια. Πρώτα υπάρχει η φάση έναρξης. Αυτό ακολουθείται από αποπόλωση ακολουθούμενη από επαναπόλωση, στην οποία το δυναμικό ανάπαυσης επανέρχεται ξανά. Συνήθως, ωστόσο, η υπερπόλωση εμφανίζεται πριν από την επαναπόλωση. Αυτό χρησιμεύει για να διασφαλίσει ότι δεν ενεργοποιείται περαιτέρω δυνατότητα δράσης αμέσως μετά την πραγματοποίηση του δυναμικού δράσης και την εμφάνιση μόνιμου ερεθίσματος. Τα κανάλια ιόντων έχουν επίσης σημαντική λειτουργία στη ρύθμιση της όσμωσης και στη διατήρηση της ισορροπίας οξέος-βάσης στο σώμα.

Εκπαίδευση, εμφάνιση, ιδιότητες και βέλτιστες τιμές

Όπως ήδη αναφέρθηκε, υπάρχουν κανάλια ενεργών και παθητικών ιόντων. Ωστόσο, μπορούν επίσης να διακριθούν με βάση τον τρόπο ελέγχου τους. Πρόκειται για κανάλια ιόντων ελεγχόμενης τάσης που χρησιμοποιούνται για τη μετάδοση ερεθισμάτων στους νευρώνες. Μπορούν επίσης να ελέγχονται από προσδέματα, όπως τα κανάλια ιόντων που ελέγχονται από τον πομπό των συνάψεων για τη μετάδοση σημάτων σε άλλους νευρώνες ή επίσης για τη μετάδοση σημάτων στους μυς.

Άλλα κανάλια ιόντων είναι τα κανάλια μηχανικής ευαισθησίας. Ρυθμίζονται από μηχανικά ερεθίσματα όπως πίεση. Τα κανάλια ιόντων ελεγχόμενης θερμοκρασίας ανοίγουν ή κλείνουν όταν επιτυγχάνεται μια συγκεκριμένη τιμή κατωφλίου μιας θερμοκρασίας. Και τα κανάλια ιόντων που ελέγχονται από το φως ρυθμίζονται από ένα ορισμένο μήκος κύματος φωτός. Ένα παράδειγμα αυτού είναι η ροδοψίνη, η οποία συνδέεται με ένα κανάλι και τη ρυθμίζει. Αυτά συμβαίνουν, για παράδειγμα, στο μάτι και ενσωματώνονται στην οπτική διαδικασία.

Ασθένειες & Διαταραχές

Τα κανάλια ιόντων μπορεί να επηρεαστούν από ορισμένες ασθένειες. Ένα παράδειγμα είναι ένα ελαττωματικό κανάλι ασβεστίου στην παρεγκεφαλίδα. Αυτό το ελάττωμα προκαλεί επιληψία. Ένα άλλο παράδειγμα είναι το σύνδρομο Lambert-Eaton.

Οι ασθενείς αναπτύσσουν αντισώματα κατά των διαύλων ασβεστίου της νευρομυϊκής τελικής πλάκας. Αυτός είναι ο τομέας της μετάδοσης ερεθίσματος μεταξύ νευρώνων και μυών. Τα σήματα εξασθενούν και εμφανίζεται μυϊκή αδυναμία. Οι άνδρες τείνουν να είναι πιο πιθανό να υποφέρουν από αυτήν την κατάσταση από τις γυναίκες.