Iónový kanál

Iónový kanál je transmembránový proteín, ktorý tvorí póry v membráne a umožňuje iónom prechádzať cez membránu. Ióny sú elektricky nabité častice, môžu byť pozitívne, ale aj negatívne nabité. Sú v konštantnej výmene medzi bunkou a jej prostredím alebo inou susednou bunkou.

Čo je to iónový kanál?

Membrána bunky pozostáva z lipidovej dvojvrstvy. Iónové kanály sú transmembránové proteíny, ktoré preklenujú membránu a umožňujú priechod iónov. Iónové kanály sú známe aj ako kanálové proteíny, pretože tvoria pasáž.

Skupina iónových kanálov je rozdelená na rôzne kategórie, aktívne a pasívne iónové kanály. Aktívne iónové kanály generujú prechod iónov aktívnym transportom, takže pre tento proces potrebujú energiu. Pasívne iónové kanály na druhej strane nespotrebujú žiadnu energiu a umožňujú iónom prechádzať cez existujúci elektrochemický gradient. Tento gradient sa dá rozdeliť na chemické a elektrické komponenty. Chemický gradient opisuje koncentračný gradient. Častice určitej látky, napríklad draslíka, sa nekoordinovane pohybujú medzi dvoma oddeleniami pomocou iónových kanálov.

To vedie k rovnomernej distribúcii týchto častíc medzi dvoma oddeleniami. Toto je tiež známe ako Brownov molekulárny pohyb. Na druhej strane elektrický gradient obsahuje distribúciu elektrického napätia. Napríklad, ak je v kompartmente zvýšený záporný náboj, vytvorí sa elektrický gradient. Pozitívne častice druhého oddelenia sa potom presunú do negatívne nabitého oddelenia, aby sa kompenzovalo nerovnaké napätie vytvárané gradientom. Aktívne iónové kanály pôsobia špecificky proti gradientu. Napríklad môžu transportovať ďalšie negatívne nabité častice do už negatívne nabitého priestoru. Tento proces si však vyžaduje výdaj energie.

Funkcia, účinok a úlohy

Iónové kanály majú rôzne funkcie. Iónové kanály riadené vysielačom v synapsiách nervových buniek hrajú dôležitú úlohu pri prenose signálov medzi rôznymi neurónmi. Tieto typy iónových kanálov sú umiestnené v postsynaptickom zakončení.

Ak existuje prichádzajúci signál, synapsia uvoľní určitý neurotransmiter. Ten sa dostane do synaptickej medzery a viaže sa na receptory iónových kanálov riadených vysielačom. Toto ich otvára a mení membránový potenciál postsynapse. V závislosti od situácie existuje potom excitačný alebo inhibičný membránový potenciál. Závisí to od toho, či je membránový potenciál zvýšený alebo znížený a to je zase determinované prílevom iónov cez iónový kanál riadený vysielačom. Prenos podnetov v neuróne, ktorý môže byť v mozgu alebo mieche, je generovaný iónovými kanálmi. Napríklad je umožnený proces videnia, ale aj prenos stimulov v reflexe, ako je napríklad hamstringový reflex.

Ak dôjde k zmene membránového potenciálu, iónové kanály sa otvárajú pozdĺž neurónov. To vytvára prenos zmeneného membránového potenciálu pozdĺž neurónu podobne ako dominový efekt. Napätie membrány nastáva preto, že vo vnútri neurónu je záporný náboj a v extracelulárnej oblasti kladný náboj. Pri prekročení takzvaného pokojového potenciálu membránového napätia dochádza k hyperpolarizácii membrány. Vďaka tomu je napätie membrány ešte negatívnejšie. To sa deje v dôsledku otvorenia alebo uzavretia iónových kanálov. Tieto iónové kanály sú draslíkové, vápnikové, chloridové a sodíkové kanály. Sú závislé na napätí, takže sa otvárajú alebo zatvárajú v závislosti od membránového potenciálu.

Tento proces je známy ako akčný potenciál a je rozdelený do rôznych krokov. Najskôr je začiatočná fáza. Potom nasleduje depolarizácia, po ktorej nasleduje repolarizácia, pri ktorej sa opäť dosiahne pokojový potenciál. Zvyčajne sa však hyperpolarizácia vyskytuje pred repolarizáciou. Slúži na zabezpečenie toho, aby sa žiadny ďalší akčný potenciál nespustil bezprostredne po akčnom potenciáli a aby nedošlo k trvalému stimulu. Iónové kanály tiež hrajú dôležitú funkciu pri regulácii osmózy a udržiavaní rovnováhy kyselina-báza v tele.

Vzdelávanie, výskyt, vlastnosti a optimálne hodnoty

Ako už bolo uvedené, existujú aktívne a pasívne iónové kanály. Možno ich však rozlíšiť aj na základe spôsobu, akým sú kontrolované. Sú to iónové kanály riadené napätím, ktoré sa používajú na prenos stimulov v neurónoch. Môžu byť tiež riadené ligandom, ako sú napríklad iónové kanály synapsií riadené vysielačom na prenos signálov do iných neurónov alebo tiež na prenos signálu do svalov.

Ďalšie iónové kanály sú mechanosenzitívne kanály. Sú regulované mechanickými stimulmi, ako je tlak. Iónové kanály riadené teplotou sa otvárajú alebo zatvárajú, keď sa dosiahne určitá prahová hodnota teploty. Svetelné iónové kanály sú regulované určitou vlnovou dĺžkou svetla. Príkladom toho je rodopsín, ktorý je viazaný na kanál a reguluje ho. Vyskytujú sa napríklad v oku a sú integrované do vizuálneho procesu.

Choroby a poruchy

Iónové kanály môžu byť ovplyvnené niektorými chorobami. Jedným príkladom je chybný vápnikový kanál v mozočku. Táto porucha je spúšťačom epilepsie. Ďalším príkladom je Lambert-Eatonov syndróm.

U pacientov sa vyvinú protilátky proti vápnikovým kanálom neuromuskulárnej endplate. Toto je oblasť prenosu stimulov medzi neurónmi a svalmi. Signály sú oslabené a dochádza k svalovej slabosti. Muži majú tendenciu trpieť týmto ochorením častejšie ako ženy.