Jonu kanāls

A Jonu kanāls ir caurspīdīgs proteīns, kas membrānā veido poras un ļauj joniem iziet cauri membrānai. Joni ir elektriski lādētas daļiņas, tās var būt gan pozitīvi, gan negatīvi. Tie atrodas pastāvīgā apmaiņā starp šūnu un tās vidi vai citu kaimiņu šūnu.

Kas ir jonu kanāls?

Šūnas membrāna sastāv no lipīdu divslāņa. Jonu kanāli ir transmembranālie proteīni, kas aptver membrānu un ļauj joniem iziet cauri. Jonu kanāli ir pazīstami arī kā kanālu proteīni, jo tie veido pāreju.

Jonu kanālu grupa ir sadalīta dažādās kategorijās - aktīvajos un pasīvajos jonu kanālos. Aktīvie jonu kanāli rada jonu pāreju caur aktīvo transportu, tāpēc tiem šim procesam nepieciešama enerģija. No otras puses, pasīvie jonu kanāli neizmanto enerģiju un ļauj joniem iziet cauri esošam elektroķīmiskajam gradientam. Šo gradientu var iedalīt ķīmiskajos un elektriskajos komponentos. Ķīmiskais gradients apraksta koncentrācijas gradientu. Noteiktas vielas, piemēram, kālija, daļiņas nekoordinēti pārvietojas starp diviem nodalījumiem ar jonu kanālu palīdzību.

Tā rezultātā šīs daļiņas tiek vienmērīgi sadalītas starp diviem nodalījumiem. To sauc arī par Brauna molekulāro kustību. No otras puses, elektriskais gradients satur elektriskā sprieguma sadalījumu. Piemēram, ja nodalījumā ir palielināts negatīvais lādiņš, veidojas elektriskais gradients. Pēc tam otra nodalījuma pozitīvās daļiņas pārvietojas uz negatīvi uzlādētu nodalījumu, lai kompensētu nevienādo spriegumu, ko rada gradients. Aktīvie jonu kanāli darbojas īpaši pret gradientu. Piemēram, viņi var transportēt papildu negatīvi lādētas daļiņas jau negatīvi lādētā nodalījumā. Tomēr šis process prasa enerģijas patēriņu.

Funkcija, efekts un uzdevumi

Jonu kanāliem ir dažādas funkcijas. Raidītāju kontrolēti jonu kanāli nervu šūnu sinapsēs spēlē nozīmīgu lomu signālu pārraidē starp dažādiem neironiem. Šāda veida jonu kanāli atrodas postsinaptiskajā galā.

Ja ir ienākošais signāls, sinapse atbrīvo noteiktu neirotransmiteru. Tas nonāk sinaptiskajā spraugā un saistās ar raidītāja kontrolēto jonu kanālu receptoriem. Tas tos atver un maina postsinapses membrānas potenciālu. Atkarībā no situācijas membrānas potenciāls ir ierosinošs vai kavējošs. Tas ir atkarīgs no tā, vai membrānas potenciāls ir paaugstināts vai pazemināts, un to savukārt nosaka jonu pieplūdums caur raidītāja kontrolētu jonu kanālu. Stimulu pārnešanu neironā, tas var būt smadzenēs vai muguras smadzenēs, rada jonu kanāli. Piemēram, ir iespējams ne tikai redzes process, bet arī stimulu pārnešana tāda refleksa gadījumā kā hamstringa reflekss.

Kad notiek izmaiņas membrānas potenciālā, jonu kanāli atveras gar neironiem. Tas rada mainītā membrānas potenciāla pārnešanu pa neironu līdzīgi domino efektam. Membrānas spriedze rodas tāpēc, ka neironā ir negatīvs lādiņš un ārpusšūnu apgabalā - pozitīvs lādiņš. Ja tiek pārsniegts tā sauktais membrānas sprieguma potenciāls, notiek membrānas hiperpolarizācija. Tas membrānas spriedzi padara vēl negatīvāku. Tas notiek jonu kanālu atvēršanas vai aizvēršanas dēļ. Šie jonu kanāli ir kālija, kalcija, hlorīda un nātrija kanāli. Tie ir atkarīgi no sprieguma, tāpēc tie atveras vai aizveras atkarībā no membrānas potenciāla.

Šis process ir pazīstams kā darbības potenciāls, un tas ir sadalīts dažādos posmos. Vispirms ir uzsākšanas fāze. Tam seko depolarizācija, kam seko repolarizācija, kurā atkal tiek sasniegts atpūtas potenciāls. Parasti parasti hiperpolarizācija notiek pirms repolarizācijas. Tas kalpo tam, lai nodrošinātu, ka tūlīt pēc darbības potenciāla parādīšanās netiek aktivizēts neviens cits darbības potenciāls un ka pastāv pastāvīgs stimuls. Jonu kanāliem ir arī svarīga funkcija osmozes regulēšanā un skābju-bāzes līdzsvara uzturēšanā organismā.

Izglītība, sastopamība, īpašības un optimālās vērtības

Kā jau minēts, ir aktīvi un pasīvi jonu kanāli. Tomēr tos var atšķirt arī pēc tā, kā viņi tiek kontrolēti. Tie ir ar spriegumu kontrolēti jonu kanāli, kurus izmanto stimulu pārnešanai neironos. Tos var kontrolēt arī ar ligandiem, piemēram, sinapses kontrolētiem jonu kanāliem, kas pārraida signālus citiem neironiem vai arī signālu pārraidei muskuļos.

Papildu jonu kanāli ir mehāniskās jutības kanāli. Tos regulē mehāniski stimuli, piemēram, spiediens. Jonu kanāli ar temperatūras kontroli tiek atvērti vai aizvērti, kad ir sasniegta noteikta temperatūras sliekšņa vērtība. Un gaismas kontrolētos jonu kanālus regulē noteikts gaismas viļņa garums. Tā piemērs ir rodopsīns, kas ir piesaistīts kanālam un to regulē. Tās rodas, piemēram, acī un ir integrētas redzes procesā.

Slimības un traucējumi

Jonu kanālus var ietekmēt dažas slimības. Viens piemērs ir bojāts kalcija kanāls smadzenēs. Šis defekts ir epilepsijas izraisītājs. Vēl viens piemērs ir Lamberta-Eatona sindroms.

Pacientiem rodas antivielas pret neiromuskulārā gala plāksnes kalcija kanāliem. Šī ir stimula pārnešanas zona starp neironiem un muskuļiem. Signāli ir vājināti un rodas muskuļu vājums. Vīrieši no šī stāvokļa slimo biežāk nekā sievietes.