MGA CHANNEL NG ION: ISTRAKTURA, PAG-ANDAR, URI - BIOLOGY - 2025

Ang mga channel ng ion ay isang guwang na mga istruktura ng lamad na bumubuo ng mga channel o mga pores na naglalakad sa kapal ng lamad at nakikipag-usap sa panlabas ng cell kasama ang cytosol at vice versa nito; ang ilan ay maaaring magkaroon ng isang sistema ng gate na kinokontrol ang kanilang pagbubukas.

Ang mga channel na ito ay puno ng tubig at kinokontrol ang pagpasa ng mga tukoy na ions mula sa isang bahagi ng lamad hanggang sa iba pa. Ang mga ito ay binubuo ng mga protina na tipikal ng mga lamad ng cell na bumubuo ng mga istruktura na hugis ng cylindrical na tubo na lapad ang mga ito.

Buksan at sarado ang pagbuo ng isang channel ng ion (Pinagmulan: Efazzari sa pamamagitan ng Wikimedia Commons)

Ang mga mekanismo ng transportasyon sa buong mga lamad na ito ay maaaring malawak na naiuri sa pasibo o aktibong transportasyon. Ang mga passive ay ang nagpapahintulot sa pagpasa ng mga sangkap na pabor sa kanilang mga gradient ng konsentrasyon, habang ang mga aktibo ay nangangailangan ng pagkonsumo ng enerhiya, dahil inililipat nila ang mga sangkap laban sa kanilang mga gradients ng konsentrasyon.

Ang mga channel ng Ion ay bumubuo ng isang mekanismo ng pasibo sa transportasyon na maaaring maiuri ayon sa kanilang pagiging tiyak, iyon ay, ayon sa uri ng ion na pinapayagan nilang dumaan, o ayon sa paraan kung paano nila buksan o isara.

Ang pangunahing pag-andar ng mga sistema ng transportasyon ng lamad na ito ay payagan ang regulated na pagpasa ng mga sangkap sa o labas ng mga cell at sa gayon ay mapanatili ang mga intracellular na konsentrasyon ng mga ion at iba pang mga sangkap.

Ang pagkakaroon ng mga cell lamad at ion channel ay mahalaga para sa pagpapanatili ng mga pagkakaiba-iba ng konsentrasyon sa pagitan ng intracellular at extracellular media, na may kaugnayan mula sa maraming mga punto ng view.

Ang mga channel ng Ion, lalo na ang mga nakasalalay sa ligand, ay napakahalaga sa parmasyutiko at gamot, dahil maraming mga gamot ang maaaring gayahin ang mga pag-andar ng mga likas na ligand at sa gayon ay nakatali sa channel, pagbubukas o pagsasara nito, sa maaaring mangyari.

Ang iba pang mga gamot ay maaaring mai-block ang site na nagbubuklod at sa gayon ay maiiwasan ang pagkilos ng natural na ligand.

Istraktura

Ang istraktura ng mga channel ng ion ay binubuo ng mga tiyak na protina ng transembrane na may isang tubular na hugis at nag-iiwan ng isang butas o butas na nagpapahintulot sa komunikasyon sa pagitan ng loob at labas ng cell o sa pagitan ng mga intracellular compartments (organelles).

Ang bawat channel ng ion ay nagsasangkot ng isang tiyak na istruktura ng membrane ng protina, at higit sa 100 mga genes ay inilarawan na naka-encode ng mga tiyak na mga channel ng ion.

Para sa sodium channel, halimbawa, 10 mga genes na tinatawag na mga SCN ay inilarawan na nag-encode ng iba't ibang mga protina na ipinamamahagi sa iba't ibang mga tisyu na may mga partikular na pag-andar at istraktura.

Gayundin, ang isang mumunti na bilang ng mga genes coding para sa iba't ibang mga protina na bumubuo ng mga kanal na potasa na kabilang sa iba't ibang pamilya at may iba't ibang mga activation, pagbubukas at hindi aktibo na mga mekanismo ay inilarawan.

Ang istruktura ng protina ng isang channel ng ion

Karaniwan, ang isang functional na channel ng ion na nauugnay sa isang lamad ay binubuo ng pagpupulong ng 4 hanggang 6 na magkakatulad na mga polypeptide subunits (homo oligomers) o naiiba (hetero oligomer) na bumubuo ng isang sentral na butil sa pagitan nila.

Diagram ng mga lamad ng mga lamad ng isang channel ng ion (Pinagmulan: Efazzari sa pamamagitan ng Wikimedia Commons)

Ang bawat subunit ay nag-iiba ayon sa mga katangian at katangian ng channel, dahil marami ang tiyak para sa ilang mga ions at may iba't ibang mga mekanismo ng pagbubukas at pagsasara.

Ang ilang mga channel ay binubuo ng isang solong chain ng polypeptide na naayos sa paulit-ulit na mga motif na dumadaan sa maraming beses ang kapal ng lamad at gumana bilang katumbas ng isang subunit ng protina.

Bilang karagdagan sa mga subunit na ito, na kilala sa panitikan bilang mga subunits na α, ang ilang mga channel ng ion ay mayroon ding isa o higit pang mga pantulong na subunito (ß o γ) na umayos sa kanilang pagbubukas at pagsasara.

Ang pagiging tiyak ng bawat channel ay nauugnay sa diameter ng butas na nabuo ng mga protina ng transmembrane at ang mga kadena sa gilid (─R) ng mga amino acid na bumubuo sa kanila.

Sa ganitong paraan, may mga channel na pinapayagan lamang ang sodium, potassium, calcium ion, at iba pa, dahil ang mga side chain ay gumagana bilang isang "salaan".

Karagdagang mga tampok na istruktura

Ang isa pang mahalagang tampok ng maraming mga channel ay ang mga pintuan. Ang mga Channel na may mga pag-aari na ito ay maaaring magbukas o magsara laban sa mga lokal na pagbabago na nagaganap sa lamad microen environment na nakapalibot sa channel.

Depende sa uri ng channel, ang mga pagbabagong ito ay maaaring maging mekanikal, thermal (mga pagbabago sa temperatura), elektrikal (mga pagbabago sa boltahe) o kemikal (nagbubuklod ng isang liga).

Gayunpaman, sa tinatawag na passive ion channel, na kung saan ay nananatiling bukas at pinapayagan ang tiyak na pagpasa ng ilang mga ions, ang mga istrukturang ito ay walang mga pintuan o sensitibo sa mga ligandula o iba pang uri ng pampasigla.

Sa iba pang mga channel ng ion, na sensitibo sa pagkakaroon o nagbubuklod ng mga ligid, mayroong isang nagbubuklod na site para sa ligand alinman sa extracellular side o patungo sa cell cytosol at sa mga kasong ito ang mga pores o mga channel ay may gate na maaaring mabuksan o sarado ayon sa estado ng ligand nito.

Pangalawang mekanismo ng messenger para sa pagbubukas o pagsasara ng mga channel

Sa kaso ng pagkakaroon ng isang ligand site sa bahagi ng intracellular, ang mga channel na ito ay kadalasang mayroong pangalawang messenger bilang mga ligand. Ang isang halimbawa ng mga channel ng ion na binubuksan o sarado ng mga pangalawang mekanismo ng messenger ay ang mga olibo sa pagtanggap ng olfactory:

Ang mga molekula ng scent ay nagbubuklod sa kanilang mga receptor sa extracellular side. Ang mga receptor na ito, ay naka-attach sa isang aktibong G protein na, naman, ay nagpapa-aktibo ng protina adenyl cyclase na bumubuo ng cAMP, na kung saan ay isang pangalawang messenger.

Ang cAMP ay nagbubuklod sa isang site na nagbubuklod na may intracellular ng ilang mga channel ng kaltsyum, na nagreresulta sa pagbubukas nito at ang pagpasok ng calcium sa cell.

Tulad ng kung ito ay isang domino na epekto, ang calcium ay nagbubuklod sa isang ligand site ng isa pang klorin na channel, na bumubuo ng pagbubukas at paglabas ng ion na ito, na nagiging sanhi ng pag-alis ng cell ng olfactory cell.

Mahalagang bigyang-diin na ang mga pagbabagong nabuo ng mga ligand o ang pampasigla na nakakaapekto sa mga channel ng ion ay tumutugma sa mga pagbagay sa mga protina na bumubuo sa istraktura ng channel.

Sa madaling salita, ang mga pagbabago sa conformational na maaaring ilipat ang isang gate at isara o buksan ang isang channel ay walang iba kundi ang papalapit o paglayo ng mga subunits ng protina na bumubuo nito.

Iba pang mga mekanismo ng pag-activate at hindi aktibo

Ang ilang mga channel, lalo na ang mga channel na umaasa sa boltahe, ay maaaring magpasok ng isang refractory state kung saan ang parehong pagbabago ng boltahe na nag-aktibo sa kanila ngayon ay hindi na nila ito pinapagana.

Halimbawa, sa mga channel na may calcium na gated na boltahe, binago ng pagbabago ng boltahe ang channel at pumapasok ang kaltsyum at, sa sandaling nasa loob ng cell, ang parehong ion ay nagbubuklod sa isang site ng calcium channel na nagbubuklod at ang channel ng calcium ay nagsasara. .

Ang isa pang anyo ng nababaligtad na hindi aktibo ng channel ng kaltsyum na nagpapaliwanag sa muling pagkasusulit nito pagkatapos ng pag-aktibo ay ang dephosphorylation ng channel dahil sa pagtaas ng panloob na konsentrasyon ng calcium.

Iyon ay, ang isang channel ng kaltsyum ay maaaring hindi mababago nang hindi aktibo dahil sa pagkakaroon ng mga mataas na konsentrasyon ng mga pathologically ng ion, na pinapamagitan ang pangangalap ng mga cleavage enzymes mula sa iba pang mga protina na na-activate ng calcium.

Ang mga channel na may gito na ligand ay maaaring magpasok ng isang refractory state kapag nakalantad sa kanilang ligand sa loob ng mahabang panahon, ang mekanismong ito ay tinawag na desensitization.

Ang mga gamot, lason at lason ay maaaring makaapekto sa regulasyon ng mga channel ng ion, pagsasara o panatilihing bukas ito,, sa ilang mga kaso, sinasakop ang site ng ligand at sa gayon ay nakakasagabal sa pag-andar nito.

Mga Tampok

Ang mga channel ng Ion ay may isang pagdami ng mga pag-andar, direkta o hindi direkta.

- Sila ay responsable para sa pag-regulate ng daloy ng mga ion sa pamamagitan ng plasma at organellar lamad ng lahat ng mga cell.

- Pinapayagan nila ang pagkakaroon ng isang kontrol sa mga intracellular na konsentrasyon ng iba't ibang mga ion.

- Sa mga neuron at cells ng kalamnan, kinokontrol ng mga channel ng ion ang mga pagkakaiba-iba sa mga potensyal ng lamad na nagaganap sa mga potensyal na pagkilos at sa panahon ng mga potensyal na posynaptic na potensyal.

- Ang mga channel ng kaltsyum na bumubuo ng mga net flow ng calcium sa intracellular space ay may pananagutan sa pag-activate ng maraming mga enzim at protina na nakikilahok sa maraming mga proseso ng metabolic.

- Gayundin, ang pagtaas ng kaltsyum dahil sa isang pagtaas sa transportasyon nito ay nagsisimula sa mekanismo ng pagpapakawala ng mga neurotransmitters sa synaptic space ng mga neuron.

- Samakatuwid, ang pag-andar ng mga channel ng ion ay nauugnay din sa mga mekanismo ng komunikasyon sa cellular.

Mga Generalities ng transportasyon sa buong lamad

Tulad ng nakasaad sa itaas, ang mga mekanismo ng transportasyon ng lamad ay maaaring maging aktibo o pasibo depende sa kung sila ay kumonsumo ng enerhiya mula sa cell kung saan nahanap ang mga ito. Ang mga mekanismo ng pasibo ay naiuri sa simpleng pagsasabog at pinapadali ang pagsasabog.

Simpleng pagsasabog

Ang simpleng pagsasabog ay nagbibigay-daan sa pagpasa sa pamamagitan ng phospholipid na istraktura ng lamad ng mga natutunaw na taba na mga molekula ng maliit na sukat, na may mga katangian ng apolar at walang bayad.

Kaya, halimbawa, ang mga gas tulad ng oxygen (O2) at carbon dioxide (CO2), ethanol at urea, upang pangalanan ang iilan, dumaan sa kanilang gradient na konsentrasyon.

Pinapadali ang pagpapakalat

Ang pasimpleng pagsasabog ay isa na pinadali ng mga protina at mayroong dalawang uri ng mekanismo ng passive transportism na ito: ang mga channel ng transportasyon at mga protina ng transportasyon o mga transporter protein.

Ang mga channel ng Ion ay ang mekanismo na kadalasang ginagamit ng mga cell para sa transportasyon ng mga ion na hindi maaaring dumaan sa simpleng pagsasabog, dahil mayroon silang isang singil sa kuryente at ang mga phospholipids ng lamad ay itinataboy sa kanila, dahil sa kanilang laki at polaridad o anumang iba pang katangian.

Ang pagsasabog na pinadali ng mga protina ng carrier ay ginagamit para sa transportasyon ng mas malaking sangkap na may o walang singil, tulad ng glucose at iba pang mga sugars.

Ang aktibong transportasyon ng lamad ay kung saan nangyayari laban sa gradient ng konsentrasyon ng solute na dinadala at nangangailangan ng pagkonsumo ng enerhiya sa anyo ng ATP. Kabilang sa mga nagdadala ng ganitong uri ay ang mga bomba at transportasyon ng vesicular.

Bilang isang halimbawa ng mga bomba ay ang sodium / potassium pump, na nag-aalis ng tatlong sodium at nagpapakilala ng dalawang potasa. Mayroon ding mga bomba ng calcium.

Ang mga halimbawa ng vesicular transport ay endocytosis, exocytosis, pinocytosis, at phagocytosis; lahat ng mga aktibong mekanismo ng transportasyon na ito.

Mga uri ng mga channel ng ion

Mula sa puntong ito, ang sanggunian ay gagawin sa mga channel ng ion na nagpapahintulot sa pagpasa ng mga ions sa pamamagitan ng isang lamad na pabor sa kanilang mga gradients ng konsentrasyon, iyon ay, ang mga ito ay mga passive transport channel.

Kadalasan, ang bawat isa sa mga channel na ito ay tiyak para sa isang solong ion, maliban sa ilang mga channel na pinapayagan ang transportasyon ng mga pares ng ion.

Ang diagram ng istruktura ng isang channel ng ion (Pinagmulan: Outslider (Paweł Tokarz) sa pl.wikipedia sa pamamagitan ng Wikimedia Commons)

Ang isang paraan upang pag-uri-uriin ang mga channel ng ion ay sa pamamagitan ng pagpapangkat ng mga ito ayon sa mekanismo na responsable para sa kanilang pagbubukas. Kaya, ang mga passive channel, mga regulasyon na boltahe (na umaasa sa boltahe) na mga channel, mga channel na pinangangalagaan ng ligand, at mekanikal na mga stimulus-regulated na mga channel.

- Mga channel ng passive : ang mga ito ay mga channel na permanenteng bukas at hindi tumugon sa anumang uri ng pampasigla; ang mga ito ay tiyak para sa ilang mga ions.

- Mga channel na umaasa sa boltahe : ang mga ito ay maaaring magbukas o magsara (depende sa channel) sa harap ng mga pagbabago sa boltahe ng lamad. Napakahalaga ng mga ito para sa senyas ng cell, lalo na sa gitnang sistema ng nerbiyos ng mga mammal.

- Mga channel na umaasa sa Ligand : na tinatawag ding ligand-gated o ligand-regulated na mga channel, malawak silang ipinamamahagi sa iba't ibang mga selula ng katawan ng tao, ngunit sa sistema ng nerbiyos ay binubuo nila ang mga mga channel ng ion na naaktibo ng mga neurotransmitter at mahalaga para sa paghahatid ng synaptic at intercellular signaling.

Halimbawa ng mga ligid na umaasa sa mga kanal ng ion na naaktibo ng mga neurotransmitters ay mga sodium / potassium channel na isinaaktibo ng glutamate.

Ang pag-activate ng mga receptor ng cholinergic, sa kasong ito ang pagbubuklod ng acetylcholine sa mga postynaptic membrane (channel ligand), binubuksan ang mga channel ng sodium na nakasalalay sa ligand at pinapayagan ang pagpasok ng ion na ito kasunod ng gradient na konsentrasyon.

- Mga Channel na kinokontrol ng mekanikal na stimuli : ito ang mga channel na maaaring ma-aktibo ng distension o presyon. Ang mga puwersang mekanikal na ito ay ipinapadala sa kanal sa pamamagitan ng cytoskeleton at magbubukas ang kanal.

Mga Sanggunian

1. Bear, MF, Konektor, BW, & Paradiso, MA (Eds.). (2007). Neuroscience (Tomo 2). Lippincott Williams & Wilkins.
2. Kagawaran ng Biochemistry at Molecular Biophysics Thomas Jessell, Siegelbaum, S., & Hudspeth, AJ (2000). Mga prinsipyo ng agham na neural (Tomo 4, pp. 1227-1246). ER Kandel, JH Schwartz, at TM Jessell (Eds.). New York: McGraw-burol.
3. Lewis, CA, & Stevens, CF (1983). Acetylcholine receptor channel ionic selectivity: ang mga ion ay nakakaranas ng isang may tubig na kapaligiran. Mga pamamaraan ng National Academy of Sciences, 80 (19), 6110-6113.
4. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Mga prinsipyo ng Lehninger ng biochemistry. Macmillan.
5. Rawn, JD (1998). Biochemistry. Burlington, Massachusetts: Mga Publisher ng Neil Patterson.
6. Viana, F., de la Peña, E., & Belmonte, C. (2002). Ang pagtutukoy ng malamig na thermo transduction ay tinutukoy ng expression ionic channel expression. Mga likas na neuroscience, 5 (3), 254.