Functies van ionkanalen. A

- transmembraaneiwitten die poriën vormen over de cytoplasmatische en andere biologische membranen die helpen bij de vestiging en controle elektrische spanning over de membranen van alle levende cellen (membraanpotentiaal genoemd), waardoor bepaalde ionen langs een elektrochemische gradiënt kunnen bewegen.

Belangrijkste kenmerken

Ionenkanalen reguleren de stroom van ionen door het membraan in alle cellen. Ze zijn een eiwitmolecuul of een complex van verschillende moleculen die door de lipidelaag van het celmembraan dringen. Er zit een doorgaand gat in het eiwit, of het is tijd waarlangs ionen kunnen bewegen. De porie opent en sluit met behulp van bewegingen van het eiwitmolecuul van het kanaal zelf of hulpeiwitten - de zogenaamde "Poortmechanisme". Wanneer de tijd aanbreekt, bewegen ionen door het kanaal, die gedwongen worden te bewegen door de elektrochemische gradiënt aan beide zijden van het celmembraan. Kanalen zijn dus geleiders van passief transport.

De beweging van ionen door het kanaal leidt tot een verandering in het membraanpotentiaal van de cel of het binnendringen van nieuwe ionen in de cel (voornamelijk calcium- en chloorionen). Dit leidt verder tot een verandering in de celfunctie. Voor enkele kleine ionen blijft de transmembraangradiënt behouden: kationen (Na+, Ca 2+, K+, H+) en anionen (Cl-, OH-). Er zijn echter enkele honderden genen die coderen voor verschillende ionkanalen in levende organismen. Deze diversiteit hangt vooral samen met de verscheidenheid aan poortmechanismen. Het eiwitmolecuul van het kanaal neemt een bepaald soort energie waar en verandert als reactie daarop zijn conformatie, zodat het kanaal op tijd opent of sluit. Gedistribueerd spanning afhankelijk kanalen, dat wil zeggen kanalen die zich openen als reactie op een bepaald potentiaalverschil over het membraan, en chemische afzettingen kanalen, dat wil zeggen kanalen die van conformatie veranderen na binding aan een specifiek molecuul. Er zijn ook kanalen die hun vermogen om ionenstroom door te laten veranderen als reactie op veranderingen in temperatuur, pH, membraandruk, licht, enz.

Moleculaire structuur

Deze complexen nemen doorgaans de vorm aan van een cilindrische structuur die is samengesteld uit een of meer identieke, homologe of verschillende eiwitmoleculen die strak zijn gepakt rond een met water gevulde porie die door de lipidedubbellaag van het membraan gaat. Als deze eiwitmoleculen of kanaalsubeenheden producten zijn van hetzelfde gen, dan is het kanaal een homomeer; als ze verschillend zijn, is het een heterometer. Op basis van het aantal subeenheden worden bijvoorbeeld monomeren, dimeren, trimmeren, tetrameren, pentameren, octameren enz. onderscheiden. kalium kanalen is vaak een homotetrameer, dat wil zeggen gevormd door vier identieke subeenheden. Volgens de gebruikelijke nomenclatuur worden de tijdvormende subeenheden α-subeenheden genoemd, terwijl de hulpsubeenheden β, γ, enzovoort worden genoemd. Elke α-subeenheid bestaat uit verschillende (2-7) transmembraansegmenten (meestal α-helices), een P-lus die de tijd bepaalt, cytoplasmatische uiteinden en een extracellulaire lus.

Eigenschappen van ionkanalen

• Selectiviteit is het vermogen van een kanaal om selectief een bepaald type ion door te laten. Selectiviteit is relatief: zelfs zeer selectieve kanalen onder bepaalde omstandigheden ( ionische samenstelling omgeving, lipidesamenstelling van membranen, temperatuur, enz.) kunnen naast de hoofdionen ook andere ionen doorlaten. Maar in een fysiologische toestand zijn de selectiviteitskanalen verdeeld in selectief (bijvoorbeeld natrium of kalium) of niet-selectief (glutamaatreceptor-kationkanaal). Selectiviteit wordt doorgaans bereikt door een specifieke poriestructuur. Het is tijd bevat selectief filteren, die ongeveer de breedte van één atoom kan hebben, waardoor alleen doorgang mogelijk is bepaald type ionen, zoals natrium of kalium, of bevat bindingsplaatsen die alleen affiniteit hebben voor bepaalde ionen (zoals calcium).
• Permeabiliteit is het vermogen van een bepaald ion om de tijd van een kanaal te passeren. Permeabiliteit volgt rechtstreeks uit selectiviteit. Hoe hoger de selectiviteit van het kanaal, hoe lager de geleidbaarheid voor minderheidsionen.
• Geleidbaarheid is een grootheid die het aantal ionen weergeeft dat per tijdseenheid door het kanaal kan gaan. De eenheid van geleidbaarheid is siemens.

Biologische rol

Het openen en sluiten van ionkanalen ligt ten grondslag aan de overdracht van zenuwimpulsen, en kanaalgeleiding is de basis voor de werking van elektrische synapsen. Daarom zijn ionenkanalen extreem belangrijke componenten zenuwstelsel. De meeste offensieve en defensieve gifstoffen die organismen hebben ontwikkeld om de zenuwstelsels van roofdieren en prooien uit te schakelen (zoals die afgescheiden door spinnen, schorpioenen, slangen, vissen, bijen, schaaldieren en andere organismen) werken door het blokkeren van ionische calalas. . Ionenkanalen zijn betrokken bij het handhaven van spanning in de mitochondriën van eukaryoten en op de plasmamembranen van prokaryoten, die worden gebruikt om energie te produceren in de vorm van ATP, de belangrijkste ‘brandstof’ van cellen. Bovendien zijn talrijke ionenkanalen verantwoordelijk voor een breed scala aan biologische processen die hierbij betrokken zijn snelle veranderingen cellulaire aandoeningen, zoals hartactiviteit, samentrekking van skelet- en gladde spieren, transport van voedingsstoffen door het epitheel, T-lymfocytfunctie, hormoonsecretie. Bij de ontwikkeling van nieuwe medicijnen zijn ionkanalen een veel voorkomend doelwit.

Verscheidenheid aan ionkanalen

Er is momenteel geen uniforme classificatie van ionkanalen. Kanalen worden gesystematiseerd door selectiviteit voor ionen (anionisch, kationisch, natrium, kalium, chloor, enz.), door activeringsmechanismen (spanningsafhankelijk, ligand-gekoppeld, gedepokereerd, mechanoreceptoren, temperatuurafhankelijk, enz.), door gevoeligheid voor chemicaliën ( bijvoorbeeld ATP-afhankelijk, TTX-ongevoelig), door genetische homologie. De volgende classificatie wordt voorgesteld in de Oekraïense wetenschappelijke literatuur:

• Ligand-ionenkanalen
  • Cys-lus - homo- of heteropentameer
    • Niet-selectieve kationische: nicotine-acetylcholinereceptoren, serotoninereceptor
    • Selectieve chloriden: glycinereceptor, GABAA-receptor, GABAC-receptor
  • Glutamaatreceptoren - homo- of heterotetrameren
    • AMPA-receptoren, kaïnaatreceptoren, NMDA-receptoren
  • Purinereceptoren - homo- of heterotetrameren
    • P2X-receptoren
• Spanningsafhankelijke ionkanalen
  • Natrium kanalen
    • tetrodoxine-gevoelig
    • tetrodoxine-ongevoelig
  • Calciumkanalen
    • L-type
    • N-type
    • P/Q-type
    • R-type
    • T-type - calciumkanalen met lage drempel
• Kaliumkanalen
  • Spanningsafhankelijk
    • Shaker-Shab-Shal-Shaw-gerelateerd
    • KvLQT1-gerelateerd
    • eag-gerelateerd
    • erg-gerelateerd
    • elc-gerelateerd
  • calcium-geactiveerd
    • hoge geleidbaarheid BK
    • lage geleidbaarheid SK
    • Na-, Cl-geactiveerd
    • OH-geactiveerd
  • Ingangsrectificatie
    • G-eiwit gereguleerd door GIRK
    • ATP-gated kaliumkanalen K-ATP
  • achtergrond
    • tweerassen (2P)
• Cyclische nucleotide-gated kanalen
• Depokeratie- en arachidonregulatiekanalen
• Transiente receptorpotentiaal (TRP) kanalen
  • • TRPC, "klassiek"
    • TRPV, "vanilloïde" TRPV1
    • TRPM, "melastatine" TRPM8
    • TRPA, "ankyrine"
    • TRPP, "polycystine"
    • TRPML, "mucolipinen"
• Natriumspanningsafhankelijke degenerine-achtig
  • epitheliale ENaC
  • protongevoelige ASIC
• Anion-ionkanalen
  • Chloorkanalen ClC

Ziekten geassocieerd met ionkanalen

Verstoring van ionkanalen leidt vaak tot ziekten die kanalopathieën worden genoemd. De belangrijkste oorzaak van dergelijke aandoeningen zijn erfelijke mutaties die de structuur van het kanaal beïnvloeden, maar ook andere schade is mogelijk (stofwisseling, straling, enz.). Voorbeelden van kanalopathieën:

• cystische fibrose
• hartritmestoornissen
• Brugada-syndroom
• Timothy-syndroom
• gegeneraliseerde epilepsie

Hoe ionkanalen worden bestudeerd

Membraan theorie

Lange tijd discussieerden cytologen over de structuur van de cel. Twee theorieën concurreerden met elkaar: membraan en fase. De membraantheorie ging uit van de aanwezigheid van een semi-permeabele barrière die het cytoplasma zou scheiden van de intercellulaire ruimte, waardoor gradiënten van stoffen zouden ontstaan. De fasetheorie sloot de aanwezigheid van een dergelijke barrière uit, en de homeostase in de cel wordt in stand gehouden door acceptoreiwitten van verschillende stoffen - acceptoren van kalium, natrium, zuurstof, glucose, enz. De ontdekking van elektronenmicroscopie toonde de overwinning van de membraantheorie. Daarom was de volgende stap het bestuderen van de eigenschappen van het membraan. Hodgkin en Bernard Katz ontdekten het vermogen van het gigantische axon van de inktvis om verschillende ionen met verschillende membraanpotentialen over te brengen. Zo ontstond de hypothese over de aanwezigheid van selectieve ionkanalen. Later werd het op briljante wijze bevestigd.

Onderzoeksmethoden

De eerste onderzoeken naar ionkanalen werden uitgevoerd met behulp van micro-elektroden op gigantische excitatiecellen. De ontwikkeling van de micro-elektrodetechnologie heeft geleid tot de creatie van een methode om de potentiaal op een deel van het membraan te fixeren. Aanvankelijk werd onderzoek alleen op functioneel niveau uitgevoerd, daarna werden de kanaalgenen gekloond en begonnen ze ook genetisch en structureel te worden bestudeerd. Ook worden er nu vrijwel geen ionenkanalen kunstmatig in cellen geïntroduceerd eigen kanalen(eieren, vereeuwigde cellijnen, enz.), waar hun functies worden bestudeerd. Er wordt gebruik gemaakt van een aantal moleculair biologische en optische methoden (PCR, kwantitatieve PCR, single-cell PCR, immunochemische methoden, fluorescentiemicroscopie). Sommige kanaaleiwitten werden gekristalliseerd en röntgendiffractieanalyse werd uitgevoerd. Voorlopig zijn theoretisch andere structuren denkbaar.

Bijdrage van Oekraïense wetenschappers aan ionkanaalonderzoek

Bij het Instituut voor Fysiologie vernoemd naar A.A. Bogomolets NAS uit Oekraïne, begon het onderzoek naar de elektrische eigenschappen van cellen in de jaren vijftig. Aan de oorsprong van dit werk stonden Daniil Vorontsov, Platon Kostyuk, Mikhail Shuba. Voor het eerst ter wereld bewezen Kostyuk en Khrustal de aanwezigheid van afzonderlijke calciumkanalen in het celmembraan van zenuwcellen. Vervolgens was de groep van Nikolai Veselovsky, onder leiding van Platon Kostyuk, de eerste die stromen door calciumkanalen van het T-type beschreef, en de groep van Oleg Kryshtal - via purine- en protongevoelige kanalen.

In 2005 was een inwoner van Oekraïne, Yuri Kirichek (een student van Oleg Kryshtal), de eerste die stromingen door de ionkanalen van het sperma beschreef, in het bijzonder was hij in staat het medullaire calciumkanaal CatSper te openen.

12. Ionenkanalen...

Een ionkanaal bestaat uit verschillende subeenheden; hun aantal in een individueel ionkanaal varieert van 3 tot 12 subeenheden. In termen van hun organisatie kunnen de subeenheden in het kanaal homoloog zijn (van hetzelfde type); een aantal kanalen wordt gevormd door subeenheden van verschillende typen.

Elk van de subeenheden bestaat uit verschillende (drie of meer) transmembraansegmenten (niet-polaire delen gedraaid in α-helices), extra- en intracellulaire lussen en terminale secties van domeinen (weergegeven door de polaire gebieden van de moleculen die het domein vormen en uitsteken voorbij de bilipidelaag van het membraan).

Elk van de transmembraansegmenten, extra- en intracellulaire lussen en terminale secties van domeinen vervult zijn eigen functie.

Transmembraansegment 2, georganiseerd in de vorm van een a-helix, bepaalt dus de selectiviteit van het kanaal.

De terminale secties van het domein fungeren als sensoren voor extra- en intracellulaire liganden, en een van de transmembraansegmenten speelt de rol van een spanningsafhankelijke sensor.

De derde transmembraansegmenten in de subeenheid zijn verantwoordelijk voor de werking van het poortkanaalsysteem, enz.

Ionenkanalen werken volgens het mechanisme van gefaciliteerde diffusie. De beweging van ionen erdoorheen wanneer de kanalen worden geactiveerd, volgt een concentratiegradiënt. De bewegingssnelheid door het membraan is 10 ionen per seconde.

Specificiteit van ionkanalen.

De meeste zijn selectief, d.w.z. kanalen die slechts één type ion doorlaten (natriumkanalen, kaliumkanalen, calciumkanalen, anionkanalen).

Kanaalselectiviteit.

De selectiviteit van het kanaal wordt bepaald door de aanwezigheid van een selectief filter.

Zijn rol wordt gespeeld door het eerste deel van het kanaal, dat een bepaalde lading, configuratie en grootte (diameter) heeft, waardoor alleen een bepaald type ionen het kanaal binnen kan gaan.

Sommige ionkanalen zijn niet-selectief, zoals lekkanalen. Dit zijn membraankanalen waardoor K+-ionen de cel in rust verlaten langs een concentratiegradiënt, maar via deze kanalen komt ook een kleine hoeveelheid Na+-ionen de cel in rust binnen langs een concentratiegradiënt.

Ionenkanaalsensor.

De ionkanaalsensor is het gevoelige deel van het kanaal dat signalen waarneemt, waarvan de aard kan verschillen.

Op basis hiervan worden de volgende onderscheiden:

spanningsafhankelijke ionkanalen;

receptor-gated ionkanalen;

ligand-afhankelijk (ligand-afhankelijk);

mechanisch geregeld (mechanisch afhankelijk).

Kanalen met een sensor worden gecontroleerd genoemd. Sommige kanalen hebben geen sensor. Dergelijke kanalen worden oncontroleerbaar genoemd.

Ionenkanaal poortsysteem.

Het kanaal heeft een poort die gesloten is in rust en opent wanneer hij wordt blootgesteld aan een signaal. Sommige kanalen hebben twee soorten poorten: activering (m-gate) en inactivatie (h-gate).

Er zijn drie toestanden van ionkanalen:

een rusttoestand wanneer de poort gesloten is en het kanaal ontoegankelijk is voor ionen;

activeringstoestand wanneer het poortsysteem open is en ionen door het membraan langs het kanaal bewegen;

een staat van inactivatie wanneer het kanaal gesloten is en niet reageert op stimuli.

Geleidingssnelheid (geleiding).

Er zijn snelle en langzame kanalen. ‘Lekkagekanalen’ zijn langzaam, natriumkanalen in neuronen zijn snel.

Het membraan van elke cel bevat een groot aantal verschillende (in termen van snelheid) ionkanalen, waarvan de activering de functionele toestand van de cellen bepaalt.

Spanningsgestuurde kanalen.

Het spanningsgestuurde kanaal bestaat uit:

poriën gevuld met water;

• selectief filter;

  activerings- en inactivatiepoorten;

  spanningssensor.

De diameter van het kanaal is aanzienlijk groter dan de diameter van het ion; in de selectieve filterzone versmalt het tot atomaire afmetingen, dit zorgt ervoor dat dit gedeelte van het kanaal de functie van een selectief filter vervult.

Het openen en sluiten van het poortmechanisme vindt plaats wanneer de membraanpotentiaal verandert, waarbij de poort opent op één waarde van de membraanpotentiaal en sluit op een ander niveau van membraanpotentiaal.

Er wordt aangenomen dat veranderingen in het elektrische veld van het membraan worden waargenomen door een speciaal gedeelte van de kanaalwand, dat een spanningssensor wordt genoemd.

Een verandering in de toestand ervan, veroorzaakt door een verandering in het niveau van de membraanpotentiaal, veroorzaakt de conformatie van de eiwitmoleculen die het kanaal vormen en leidt als gevolg daarvan tot het openen of sluiten van de poort van het ionenkanaal.

Kanalen (natrium, calcium, kalium) hebben vier homologe domeinen - subeenheden (I, II, III, IV). Het domein (aan de hand van het voorbeeld van natriumkanalen) bestaat uit zes transmembraansegmenten georganiseerd in de vorm van α-helices, die elk een andere rol spelen.

Transmembraansegment 5 speelt dus de rol van een porie, transmembraansegment 4 is een sensor die reageert op veranderingen in de membraanpotentiaal, andere transmembraansegmenten zijn verantwoordelijk voor de activering en inactivatie van het poortsysteem van het kanaal. De rol van individuele transmembraansegmenten en subeenheden wordt niet volledig begrepen.

Natriumkanalen (inwendige diameter 0,55 nm) zijn aanwezig in cellen van prikkelbare weefsels. De dichtheid per 1 micron 2 is niet hetzelfde in verschillende weefsels.

In niet-gemyeliniseerde zenuwvezels zijn dit dus 50-200 kanalen, en in gemyeliniseerde zenuwvezels (knopen van Ranvier) - 13.000 per membraanoppervlak van 1 µm 2. In rust zijn ze gesloten. Het membraanpotentiaal is 70-80 mV.

Blootstelling aan de stimulus verandert het membraanpotentiaal en activeert het spanningsafhankelijke natriumkanaal.

Het wordt geactiveerd wanneer het membraanpotentiaal verschuift van het rustpotentiaalniveau naar het kritische depolarisatieniveau.

Een sterke natriumstroom verschuift het membraanpotentiaal naar een kritisch depolarisatieniveau (CDL).

Het veranderen van de membraanpotentiaal naar -50-40 mV, d.w.z. tot het niveau van een kritisch depolarisatieniveau, veroorzaakt de opening van andere spanningsafhankelijke Na + -kanalen, waardoor de binnenkomende natriumstroom wordt uitgevoerd en de "piek" van het actiepotentiaal vormt.

Natriumionen langs de concentratiegradiënt en chemische gradiënt langs het kanaal bewegen de cel binnen en vormen de zogenaamde inkomende natriumstroom, wat leidt tot een verdere snelle ontwikkeling van het depolarisatieproces.

De membraanpotentiaal verandert van teken naar het tegenovergestelde +10-20 mV. Een positief membraanpotentiaal veroorzaakt de sluiting van natriumkanalen, hun inactivatie.

Spanningsafhankelijke No+-kanalen spelen een leidende rol bij de vorming van het actiepotentiaal, d.w.z. excitatieproces in de cel.

Calciumionen belemmeren de opening van spanningsafhankelijke natriumkanalen, waardoor de responsparameters veranderen.

NAAR + -kanalen

Kaliumkanalen (interne diameter 0,30 nm) zijn aanwezig in cytoplasmatische membranen; er is een aanzienlijk aantal kalium-‘lekkanalen’ uit de cel gedetecteerd.

In rust zijn ze open. Via hen, in een rusttoestand, "lekt" kalium uit de cel langs een concentratiegradiënt en een elektrochemische gradiënt.

Dit proces wordt een uitgaande kaliumstroom genoemd, die leidt tot de vorming van een rustmembraanpotentiaal (-70-80 mV). Deze kaliumkanalen kunnen alleen voorwaardelijk worden geclassificeerd als spanningsafhankelijk.

Wanneer de membraanpotentiaal verandert tijdens depolarisatie, wordt de kaliumstroom geïnactiveerd.

Tijdens repolarisatie wordt een inkomende K+ stroom gevormd via potentiaalafhankelijke kanalen, die de K+ vertraagde gelijkrichtstroom wordt genoemd.

Een ander type spanningsafhankelijke K+-kanalen. Langs hen verschijnt een snelle uitgaande kaliumstroom in het subdrempelgebied van de membraanpotentiaal (positieve spoorpotentiaal). Inactivatie van het kanaal vindt plaats als gevolg van sporenhyperpolarisatie.

Een ander type spanningsafhankelijke kaliumkanalen wordt pas geactiveerd na voorafgaande hyperpolarisatie; het vormt een snelle voorbijgaande kaliumstroom die snel wordt geïnactiveerd.

Calciumionen vergemakkelijken het openen van spanningsafhankelijke kaliumkanalen, waardoor de responsparameters veranderen.

Za + -kanalen.

Spanningsafhankelijke kanalen leveren een belangrijke bijdrage aan zowel de regulatie van de calciuminvoer in het cytoplasma als aan de elektrogenese.

De eiwitten die calciumkanalen vormen bestaan ​​uit vijf subeenheden (al,a2,b,g,d).

De hoofdsubeenheid vormt zelf het kanaal en bevat bindingsplaatsen voor verschillende calciumkanaalmodulatoren.

Er zijn verschillende structureel verschillende α-calciumkanaalsubeenheden ontdekt in zenuwcellen van zoogdieren (aangeduid met A, B, C, D en E).

Functioneel calciumkanalen verschillende soorten verschillen van elkaar wat betreft activatie, kinetiek, enkelkanaalsgeleiding en farmacologie.

Er zijn maximaal zes typen spanningsafhankelijke calciumkanalen in cellen beschreven (T-, L-, N-, P-, Q-, R-kanalen).

De activiteit van spanningsafhankelijke kanalen in het plasmamembraan wordt gereguleerd door verschillende intracellulaire tweede boodschappers en membraangebonden G-eiwitten.

Spanningsafhankelijke calciumkanalen worden aangetroffen in grote hoeveelheden in de cytoplasmatische membranen van neuronen, myocyten van gladde, dwarsgestreepte en hartspieren en in de membranen van het endoplasmatisch reticulum.

De SPR Ca2+-kanalen zijn oligomere eiwitten ingebed in het SPR-membraan.

Za 2+ - gecontroleerd door Sa 2+ - SPR-kanalen.

Deze calciumkanalen werden eerst geïsoleerd uit de skelet- en hartspier.

Het bleek dat de SPR Ca 2+-kanalen in deze spierweefsels moleculaire verschillen hebben en door verschillende genen worden gecodeerd.

Ca 2+ kanalen van de SPR in de hartspieren zijn rechtstreeks verbonden met hoogdrempelige Ca 2+ kanalen van het plasmalemma (L-type) via calciumbindende eiwitten, waardoor een functioneel actieve structuur wordt gevormd - een "triade".

In skeletspieren activeert depolarisatie van het plasmamembraan direct de afgifte van Ca 2+ uit het endoplasmatisch reticulum vanwege het feit dat de Ca 2+ kanalen van het plasmamembraan dienen als spanningsgevoelige zenders van het activeringssignaal rechtstreeks naar het Ca 2 + kanalen van de SPR via bindende eiwitten.

De Ca 2+-voorraden van skeletspieren hebben dus een mechanisme voor de afgifte van Ca 2+ veroorzaakt door depolarisatie (RyRl-type).

In tegenstelling tot skeletspieren zijn de endoplasmatische Ca 2+-kanalen van hartspiercellen niet verbonden met het plasmalemma, en om de afgifte van Ca 2+ uit de opslag te stimuleren is een verhoging van de concentratie van cytosolisch calcium (RyR2-type) vereist.

Naast deze twee typen Ca 2+-geactiveerde Ca 2h-kanalen is onlangs een derde type Ca 2+-kanalen SPR (type RyR3) geïdentificeerd, dat nog niet voldoende is bestudeerd.

Alle calciumkanalen vertonen langzame activering en langzame inactivatie vergeleken met natriumkanalen.

Wanneer een spiercel depolariseert (uitsteeksels van cytoplasmatische membranen - T-tubuli naderen de membranen van het endoplasmatisch reticulum), vindt een spanningsafhankelijke opening van calciumkanalen van de membranen van het sarcoplasmatisch reticulum plaats.

Omdat enerzijds de calciumconcentratie in de SPR hoog is (calciumdepot) en de calciumconcentratie in het cytoplasma laag is, en anderzijds het oppervlak van het SPR-membraan en de dichtheid van calciumkanalen daarin zijn ze groot, het calciumgehalte in het cytoplasma neemt 100 keer toe.

Deze toename van de calciumconcentratie initieert het proces van myofibrilcontractie.

Calciumkanalen in hartspiercellen bevinden zich in het cytoplasmamembraan en behoren tot de calciumkanalen van het L-type.

Ze worden geactiveerd bij een membraanpotentiaal van +20-40 mV, waardoor een inkomende calciumstroom ontstaat. Ze blijven lange tijd in een geactiveerde toestand en vormen een ‘plateau’ van het actiepotentiaal van de hartspiercel.

Anion kanalen.

Het grootste aantal chloorkanalen in het celmembraan. Er zijn minder chloorionen in de cel vergeleken met de intercellulaire omgeving. Daarom komt chloor, wanneer de kanalen opengaan, de cel binnen langs een concentratiegradiënt en een elektrochemische gradiënt.

Het aantal kanalen voor HCO 3 is niet zo groot; het transportvolume van dit anion door de kanalen is aanzienlijk minder.

Ionenwisselaars.

Het membraan bevat ionenwisselaars (transporteiwitten), die de diffusie van ionen vergemakkelijken, d.w.z. versnelde gekoppelde beweging van ionen door het biomembraan langs een concentratiegradiënt; dergelijke processen zijn ATP-onafhankelijk.

De bekendste zijn Na + -H + , K + -H + , Ca 2+ -H + wisselaars, evenals wisselaars die zorgen voor de uitwisseling van kationen voor anionenNa + -HCO- 3, 2CI-Ca 2+ en wisselaars die zorgen voor de uitwisseling van kation tegen kation (Na + -Ca 2+) of anion tegen anion (Cl-HCO3).

Receptor-gated ionkanalen.

Ligand-gated (ligand-afhankelijke) ionkanalen.

Ligand-gated ionkanalen zijn een subtype van receptor-gated kanalen en worden altijd gecombineerd met een receptor voor een biologisch actieve stof (BAS).

De receptoren van de beschouwde kanalen behoren tot het ionotrope type membraanreceptoren, waarvan de interactie met biologisch actieve stoffen (liganden) snelle reacties tot gevolg heeft.

Een ligand-gated ionkanaal bestaat uit:

poriën gevuld met water;

selectief filter;

activeringspoort;

ligandbindingsplaats (receptor). Een zeer energetisch actieve biologisch actieve stof heeft een high

affiniteit (affiniteit) voor een bepaald type receptor. Wanneer ionenkanalen worden geactiveerd, bewegen bepaalde ionen langs een concentratiegradiënt en een elektrochemische gradiënt.

In een membraanreceptor kan de ligandbindingsplaats toegankelijk zijn voor het ligand vanaf het buitenoppervlak van het membraan.

In dit geval fungeren hormonen en parahormonen en ionen als liganden.

Wanneer N-cholinerge receptoren worden geactiveerd, worden dus natriumkanalen geactiveerd.

De calciumpermeabiliteit wordt geïnitieerd door neuronale acetylcholine-gated, glutamaat-gated (NMDA en AMPA/kainaat-type) receptoren en purinereceptoren.

GABAA-receptoren zijn gekoppeld aan chloride-ionkanalen, en glycinereceptoren zijn ook gekoppeld aan chloridekanalen.

In een membraanreceptor kan de ligandbindingsplaats toegankelijk zijn voor liganden vanaf het binnenoppervlak van het membraan.

In dit geval fungeren proteïnekinasen die worden geactiveerd door tweede boodschappers of de tweede boodschappers zelf als een ligand.

Proteïnekinasen A, C, G, die kationkanaaleiwitten fosforyleren, veranderen dus hun permeabiliteit.

Mechanisch gestuurde ionkanalen.

Mechanisch gepoorte ionkanalen veranderen hun geleiding in ionen, hetzij door de spanning van de lipidedubbellaag te veranderen, hetzij via het celcytoskelet. Veel mechanisch gecontroleerde kanalen zijn geassocieerd met mechanoreceptoren;

Alle mechanisch bestuurde kanalen zijn verdeeld in twee groepen:

door rek geactiveerde cellen (SAC);

door rek geïnactiveerde cellen (SIC).

Mechanisch gestuurde kanalen hebben alle hoofdkanaalkarakteristieken:

tijd gevuld met water;

poortmechanisme;

reksensor.

Wanneer een kanaal wordt geactiveerd, bewegen ionen langs een concentratiegradiënt.

Natrium, kalium ATPase.

Natrium, kalium ATPase (natrium-kaliumpomp, natrium-kaliumpomp).

Bestaat uit vier transmembraandomeinen: twee α-subeenheden en twee β-subeenheden. De α-subeenheid is het grote domein en de β-subeenheid is het kleine domein. Tijdens ionentransport worden grote subeenheden gefosforyleerd en bewegen ionen er doorheen.

Natrium- en kalium-ATPase speelt een cruciale rol bij het handhaven van de natrium- en kaliumhomeostase in de intra- en extracellulaire omgeving:

handhaaft een hoog K+-niveau en een laag Na+-niveau in de cel;

neemt deel aan de vorming van het rustmembraanpotentiaal en het genereren van actiepotentialen;

zorgt voor Na + gekoppeld transport van de meeste organische stoffen door het membraan (secundair actief transport);

heeft een aanzienlijke invloed op de H2O-homeostase.

Natrium, een kalium-ATPase, levert de belangrijkste bijdrage aan de vorming van ionische asymmetrie in extra- en intracellulaire ruimtes.

De stapsgewijze werking van de natrium- en kaliumpomp zorgt voor een ongelijke uitwisseling van kalium en natrium over het membraan.

Za + -ATPase (pomp).

Er zijn twee families Ca 2+-pompen die verantwoordelijk zijn voor de verwijdering van Ca 2+-ionen uit het cytoplasma: Ca 2+-pompen van het plasmalemma en Ca 2+-pompen van het endoplasmatisch reticulum.

Hoewel ze tot dezelfde familie van eiwitten behoren (de zogenaamde P-klasse ATPasen), vertonen deze pompen enkele verschillen in structuur, functionele activiteit en farmacologie.

Wordt in grote hoeveelheden aangetroffen in het cytoplasmamembraan. In het cytoplasma van de cel in rust is de calciumconcentratie 10-7 mol/l, en buiten de cel is deze veel hoger: 10-3 mol/l.

Een dergelijk significant verschil in concentraties wordt gehandhaafd dankzij het werk van het cytoplasmatische Ca++-ATPase.

De activiteit van de plasmamembraan Ca 2+ pomp wordt direct geregeld door Ca 2+: een verhoging van de concentratie vrij calcium in het cytosol activeert de Ca 2+ pomp.

In rust is er vrijwel geen diffusie via calciumionenkanalen.

Ca-ATPase transporteert Ca van de cel naar de extracellulaire omgeving tegen de concentratiegradiënt in. Langs een gradiënt komt Ca+ de cel binnen door diffusie door ionkanalen.

Het membraan van het endoplasmatisch reticulum bevat ook een grote hoeveelheid Ca++-ATPase.

De endoplasmatisch reticulum calciumpomp (SERCA) zorgt voor de verwijdering van calcium uit het cytosol naar het endoplasmatisch reticulum - een calcium “depot” als gevolg van primair actief transport.

In het depot bindt calcium zich aan calciumbindende eiwitten (calsequestrine, calreticuline, enz.).

Er zijn nu ten minste drie verschillende isovormen van SERCA-pompen beschreven.

SERCA1-subtypes zijn uitsluitend geconcentreerd in snelle skeletspieren; SERCA2-pompen zijn wijd verspreid in andere weefsels. De betekenis van SERCA3-pompen is minder duidelijk.

SERCA2-eiwitten zijn onderverdeeld in twee verschillende isovormen: SERCA2a, kenmerkend voor hartspiercellen en gladde spieren, en SERCA2b, kenmerkend voor hersenweefsel.

Een toename van cytosolisch Ca2+ activeert de opname van calciumionen in het endoplasmatisch reticulum, terwijl een toename van vrij calcium in het endoplasmatisch reticulum de SERCA-pompen remt.

H+ K+ -ATPase (pomp).

Met behulp van deze pomp (als gevolg van de hydrolyse van één ATP-molecuul) worden tijdens de hydrolyse van één molecuul in de cel twee kaliumionen vanuit de extracellulaire ruimte de cel in getransporteerd en twee H+-ionen vanuit het cytosol naar de extracellulaire ruimte. pariëtale cellen van het maagslijmvlies. Dit mechanisme ligt ten grondslag aan de vorming van zoutzuur in de maag.

IonenpompklasseF.

Mitochondriale ATPase. Katalyseert de laatste fase van de ATP-synthese. Mitochondriale crypten bevatten ATP-synthase, dat oxidatie in de Krebs-cyclus en fosforylatie van ADP tot ATP koppelt.

IonenpompklasseV.

Lysosomale H + -ATPasen (lysosomale protonpompen) - protonpompen die zorgen voor transport van H + van het cytosol naar een aantal organellen - lysosomen, Golgi-apparaat, secretoire blaasjes. Hierdoor daalt de pH-waarde in bijvoorbeeld lysosomen naar 5,0, wat de activiteit van deze structuren optimaliseert.

Eigenaardigheden ionen transport

1. Significant en asymmetrisch transmembraan! gradiënt voor Na + en K + in rust.

Natrium buiten de cel (145 mmol/l) is 10 keer meer dan in de cel (14 mmol/l).

Er zit ongeveer 30 keer meer kalium in de cel (140 mmol/l) dan buiten de cel (4 mmol/l).

Dit kenmerk van de verdeling van natrium- en kaliumionen:

homeostatisch door het werk van Na + /K + -nacoca;

vormt in rust een uitgaande kaliumstroom (lekkanaal);

vormt rustpotentieel;

het werk van alle kaliumkanalen (spanningsafhankelijk, calciumafhankelijk, ligandafhankelijk) is gericht op de vorming van een uitgaande kaliumstroom.

Dit brengt óf de toestand van het membraan terug naar zijn oorspronkelijke niveau (activering van spanningsafhankelijke kanalen tijdens de repolarisatiefase), óf hyperpolariseert het membraan (calciumafhankelijke, ligandafhankelijke kanalen, inclusief die geactiveerd door tweede messenger-systemen).

Houd er rekening mee dat:

de beweging van kalium door het membraan wordt uitgevoerd door passief transport;

de vorming van excitatie (actiepotentiaal) is altijd te wijten aan de binnenkomende natriumstroom;

activering van een natriumkanaal veroorzaakt altijd een inwaartse natriumstroom;

de beweging van natrium over het membraan wordt bijna altijd uitgevoerd door passief transport;

in epitheelcellen die de wanden vormen van verschillende buisjes en holtes in weefsels (dunne darm, nefrontubuli, etc.), in het buitenmembraan is er altijd een groot aantal natriumkanalen die bij activering zorgen voor een binnenkomende natriumstroom, en in de basaalmembraan - groot aantal natrium-, kaliumpompen die natrium uit de cel pompen. Deze asymmetrische verdeling hiervan transportsystemen voor natrium zorgt het voor het transcellulaire transport ervan, d.w.z.

vanuit het darmlumen, niertubuli naar de interne omgeving van het lichaam;

passief transport van natrium naar de cel langs een elektrochemische gradiënt leidt tot de accumulatie van energie, die wordt gebruikt voor secundair actief transport van veel stoffen.

2. Laag calciumgehalte in het cytosol van de cel.

In de cel in rust is het calciumgehalte (50 nmol/l) 5000 keer lager dan buiten de cel (2,5 mmol/l).

Een dergelijk laag calciumgehalte in het cytosol is niet toevallig, aangezien calcium in concentraties die 10-100 keer hoger zijn dan de oorspronkelijke concentratie, fungeert als een tweede intracellulaire boodschapper bij de implementatie van het signaal.

Onder dergelijke omstandigheden is een snelle toename van calcium in het cytosol mogelijk als gevolg van de activering van calciumkanalen (gefaciliteerde diffusie), die in grote hoeveelheden aanwezig zijn in het cytoplasmatisch membraan en in het membraan van het endoplasmatisch reticulum (het endoplasmatisch reticulum is het “depot” van calcium in de cel).

De vorming van calciumfluxen, die optreedt als gevolg van het openen van kanalen, zorgt voor een fysiologisch significante toename van de calciumconcentratie in het cytosol. Laag niveau

calcium in het cytosol van de cel wordt in stand gehouden door Ca2+-ATPase, Na+/Ca2+-uitwisselaars en calciumbindende eiwitten van het cytosol.

Naast de snelle binding van cytosolisch Ca 2+ door intracellulaire Ca 2+-bindende eiwitten, kunnen calciumionen die het cytosol binnenkomen, worden geaccumuleerd door het Golgi-apparaat of de celkern en worden opgevangen door mitochondriale Ca 2+-opslagplaatsen.

3. Laag chloorgehalte in de kooi.

In de cel in rust is het chloorgehalte (8 mmol/l) ruim 10 keer lager dan buiten de cel (110 mmol/l).

De verandering in de functionele toestand van de cel gaat gepaard (of wordt veroorzaakt) met een verandering in de permeabiliteit van het membraan voor chloor. Wanneer spannings- en ligandafhankelijke chloorkanalen worden geactiveerd, komt het ion via passief transport het cytosol binnen.

Bovendien wordt het binnendringen van chloor in het cytosol gevormd door de Na+/K+/2CH-cotransporter en de CH-HCO3-wisselaar.

Het binnendringen van chloor in de cel verhoogt de polariteit van het membraan tot aan hyperpolarisatie.

Kenmerken van ionentransport spelen een fundamentele rol bij de vorming van bio-elektrische verschijnselen in organen en weefsels die informatie coderen, de functionele toestand van deze structuren bepalen, hun overgang van de ene functionele toestand naar de andere.

12. Ionenkanalen...

Een ionkanaal bestaat uit verschillende subeenheden; hun aantal in een individueel ionkanaal varieert van 3 tot 12 subeenheden. In termen van hun organisatie kunnen de subeenheden in het kanaal homoloog zijn (van hetzelfde type); een aantal kanalen wordt gevormd door subeenheden van verschillende typen.

Elk van de subeenheden bestaat uit verschillende (drie of meer) transmembraansegmenten (niet-polaire delen gedraaid in α-helices), extra- en intracellulaire lussen en terminale secties van domeinen (weergegeven door de polaire gebieden van de moleculen die het domein vormen en uitsteken voorbij de bilipidelaag van het membraan).

Elk van de transmembraansegmenten, extra- en intracellulaire lussen en terminale secties van domeinen vervult zijn eigen functie.

Transmembraansegment 2, georganiseerd in de vorm van een a-helix, bepaalt dus de selectiviteit van het kanaal.

De terminale secties van het domein fungeren als sensoren voor extra- en intracellulaire liganden, en een van de transmembraansegmenten speelt de rol van een spanningsafhankelijke sensor.

De derde transmembraansegmenten in de subeenheid zijn verantwoordelijk voor de werking van het poortkanaalsysteem, enz.

Ionenkanalen werken volgens het mechanisme van gefaciliteerde diffusie. De beweging van ionen erdoorheen wanneer de kanalen worden geactiveerd, volgt een concentratiegradiënt. De bewegingssnelheid door het membraan is 10 ionen per seconde.

Specificiteit van ionkanalen.

De meeste zijn selectief, d.w.z. kanalen die slechts één type ion doorlaten (natriumkanalen, kaliumkanalen, calciumkanalen, anionkanalen).

Kanaalselectiviteit.

De selectiviteit van het kanaal wordt bepaald door de aanwezigheid van een selectief filter.

Zijn rol wordt gespeeld door het eerste deel van het kanaal, dat een bepaalde lading, configuratie en grootte (diameter) heeft, waardoor alleen een bepaald type ionen het kanaal binnen kan gaan.

Sommige ionkanalen zijn niet-selectief, zoals lekkanalen. Dit zijn membraankanalen waardoor K+-ionen de cel in rust verlaten langs een concentratiegradiënt, maar via deze kanalen komt ook een kleine hoeveelheid Na+-ionen de cel in rust binnen langs een concentratiegradiënt.

Ionenkanaalsensor.

De ionkanaalsensor is het gevoelige deel van het kanaal dat signalen waarneemt, waarvan de aard kan verschillen.

Op basis hiervan worden de volgende onderscheiden:

spanningsafhankelijke ionkanalen;

receptor-gated ionkanalen;

ligand-afhankelijk (ligand-afhankelijk);

mechanisch geregeld (mechanisch afhankelijk).

Kanalen met een sensor worden gecontroleerd genoemd. Sommige kanalen hebben geen sensor. Dergelijke kanalen worden oncontroleerbaar genoemd.

Ionenkanaal poortsysteem.

Het kanaal heeft een poort die gesloten is in rust en opent wanneer hij wordt blootgesteld aan een signaal. Sommige kanalen hebben twee soorten poorten: activering (m-gate) en inactivatie (h-gate).

Er zijn drie toestanden van ionkanalen:

een rusttoestand wanneer de poort gesloten is en het kanaal ontoegankelijk is voor ionen;

activeringstoestand wanneer het poortsysteem open is en ionen door het membraan langs het kanaal bewegen;

een staat van inactivatie wanneer het kanaal gesloten is en niet reageert op stimuli.

Geleidingssnelheid (geleiding).

Er zijn snelle en langzame kanalen. ‘Lekkagekanalen’ zijn langzaam, natriumkanalen in neuronen zijn snel.

Het membraan van elke cel bevat een groot aantal verschillende (in termen van snelheid) ionkanalen, waarvan de activering de functionele toestand van de cellen bepaalt.

Spanningsgestuurde kanalen.

Het spanningsgestuurde kanaal bestaat uit:

poriën gevuld met water;

• selectief filter;

  activerings- en inactivatiepoorten;

  spanningssensor.

De diameter van het kanaal is aanzienlijk groter dan de diameter van het ion; in de selectieve filterzone versmalt het tot atomaire afmetingen, dit zorgt ervoor dat dit gedeelte van het kanaal de functie van een selectief filter vervult.

Het openen en sluiten van het poortmechanisme vindt plaats wanneer de membraanpotentiaal verandert, waarbij de poort opent op één waarde van de membraanpotentiaal en sluit op een ander niveau van membraanpotentiaal.

Er wordt aangenomen dat veranderingen in het elektrische veld van het membraan worden waargenomen door een speciaal gedeelte van de kanaalwand, dat een spanningssensor wordt genoemd.

Een verandering in de toestand ervan, veroorzaakt door een verandering in het niveau van de membraanpotentiaal, veroorzaakt de conformatie van de eiwitmoleculen die het kanaal vormen en leidt als gevolg daarvan tot het openen of sluiten van de poort van het ionenkanaal.

Kanalen (natrium, calcium, kalium) hebben vier homologe domeinen - subeenheden (I, II, III, IV). Het domein (aan de hand van het voorbeeld van natriumkanalen) bestaat uit zes transmembraansegmenten georganiseerd in de vorm van α-helices, die elk een andere rol spelen.

Transmembraansegment 5 speelt dus de rol van een porie, transmembraansegment 4 is een sensor die reageert op veranderingen in de membraanpotentiaal, andere transmembraansegmenten zijn verantwoordelijk voor de activering en inactivatie van het poortsysteem van het kanaal. De rol van individuele transmembraansegmenten en subeenheden wordt niet volledig begrepen.

Natriumkanalen (inwendige diameter 0,55 nm) zijn aanwezig in cellen van prikkelbare weefsels. De dichtheid per 1 micron 2 is niet hetzelfde in verschillende weefsels.

In niet-gemyeliniseerde zenuwvezels zijn dit dus 50-200 kanalen, en in gemyeliniseerde zenuwvezels (knopen van Ranvier) - 13.000 per membraanoppervlak van 1 µm 2. In rust zijn ze gesloten. Het membraanpotentiaal is 70-80 mV.

Blootstelling aan de stimulus verandert het membraanpotentiaal en activeert het spanningsafhankelijke natriumkanaal.

Het wordt geactiveerd wanneer het membraanpotentiaal verschuift van het rustpotentiaalniveau naar het kritische depolarisatieniveau.

Een sterke natriumstroom verschuift het membraanpotentiaal naar een kritisch depolarisatieniveau (CDL).

Het veranderen van de membraanpotentiaal naar -50-40 mV, d.w.z. tot het niveau van een kritisch depolarisatieniveau, veroorzaakt de opening van andere spanningsafhankelijke Na + -kanalen, waardoor de binnenkomende natriumstroom wordt uitgevoerd en de "piek" van het actiepotentiaal vormt.

Natriumionen langs de concentratiegradiënt en chemische gradiënt langs het kanaal bewegen de cel binnen en vormen de zogenaamde inkomende natriumstroom, wat leidt tot een verdere snelle ontwikkeling van het depolarisatieproces.

De membraanpotentiaal verandert van teken naar het tegenovergestelde +10-20 mV. Een positief membraanpotentiaal veroorzaakt de sluiting van natriumkanalen, hun inactivatie.

Spanningsafhankelijke No+-kanalen spelen een leidende rol bij de vorming van het actiepotentiaal, d.w.z. excitatieproces in de cel.

Calciumionen belemmeren de opening van spanningsafhankelijke natriumkanalen, waardoor de responsparameters veranderen.

NAAR + -kanalen

Kaliumkanalen (interne diameter 0,30 nm) zijn aanwezig in cytoplasmatische membranen; er is een aanzienlijk aantal kalium-‘lekkanalen’ uit de cel gedetecteerd.

In rust zijn ze open. Via hen, in een rusttoestand, "lekt" kalium uit de cel langs een concentratiegradiënt en een elektrochemische gradiënt.

Dit proces wordt een uitgaande kaliumstroom genoemd, die leidt tot de vorming van een rustmembraanpotentiaal (-70-80 mV). Deze kaliumkanalen kunnen alleen voorwaardelijk worden geclassificeerd als spanningsafhankelijk.

Wanneer de membraanpotentiaal verandert tijdens depolarisatie, wordt de kaliumstroom geïnactiveerd.

Tijdens repolarisatie wordt een inkomende K+ stroom gevormd via potentiaalafhankelijke kanalen, die de K+ vertraagde gelijkrichtstroom wordt genoemd.

Een ander type spanningsafhankelijke K+-kanalen. Langs hen verschijnt een snelle uitgaande kaliumstroom in het subdrempelgebied van de membraanpotentiaal (positieve spoorpotentiaal). Inactivatie van het kanaal vindt plaats als gevolg van sporenhyperpolarisatie.

Een ander type spanningsafhankelijke kaliumkanalen wordt pas geactiveerd na voorafgaande hyperpolarisatie; het vormt een snelle voorbijgaande kaliumstroom die snel wordt geïnactiveerd.

Calciumionen vergemakkelijken het openen van spanningsafhankelijke kaliumkanalen, waardoor de responsparameters veranderen.

Za + -kanalen.

Spanningsafhankelijke kanalen leveren een belangrijke bijdrage aan zowel de regulatie van de calciuminvoer in het cytoplasma als aan de elektrogenese.

De eiwitten die calciumkanalen vormen bestaan ​​uit vijf subeenheden (al,a2,b,g,d).

De hoofdsubeenheid vormt zelf het kanaal en bevat bindingsplaatsen voor verschillende calciumkanaalmodulatoren.

Er zijn verschillende structureel verschillende α-calciumkanaalsubeenheden ontdekt in zenuwcellen van zoogdieren (aangeduid met A, B, C, D en E).

Functioneel verschillen verschillende soorten calciumkanalen van elkaar wat betreft activering, kinetiek, geleiding van één kanaal en farmacologie.

Er zijn maximaal zes typen spanningsafhankelijke calciumkanalen in cellen beschreven (T-, L-, N-, P-, Q-, R-kanalen).

De activiteit van spanningsafhankelijke kanalen in het plasmamembraan wordt gereguleerd door verschillende intracellulaire tweede boodschappers en membraangebonden G-eiwitten.

Spanningsafhankelijke calciumkanalen worden in grote hoeveelheden aangetroffen in de cytoplasmatische membranen van neuronen, myocyten van gladde, dwarsgestreepte en hartspieren, en in de membranen van het endoplasmatisch reticulum.

De SPR Ca2+-kanalen zijn oligomere eiwitten ingebed in het SPR-membraan.

Za 2+ - gecontroleerd door Sa 2+ - SPR-kanalen.

Deze calciumkanalen werden eerst geïsoleerd uit de skelet- en hartspier.

Het bleek dat de SPR Ca 2+-kanalen in deze spierweefsels moleculaire verschillen hebben en door verschillende genen worden gecodeerd.

Ca 2+ kanalen van de SPR in de hartspieren zijn rechtstreeks verbonden met hoogdrempelige Ca 2+ kanalen van het plasmalemma (L-type) via calciumbindende eiwitten, waardoor een functioneel actieve structuur wordt gevormd - een "triade".

In skeletspieren activeert depolarisatie van het plasmamembraan direct de afgifte van Ca 2+ uit het endoplasmatisch reticulum vanwege het feit dat de Ca 2+ kanalen van het plasmamembraan dienen als spanningsgevoelige zenders van het activeringssignaal rechtstreeks naar het Ca 2 + kanalen van de SPR via bindende eiwitten.

De Ca 2+-voorraden van skeletspieren hebben dus een mechanisme voor de afgifte van Ca 2+ veroorzaakt door depolarisatie (RyRl-type).

In tegenstelling tot skeletspieren zijn de endoplasmatische Ca 2+-kanalen van hartspiercellen niet verbonden met het plasmalemma, en om de afgifte van Ca 2+ uit de opslag te stimuleren is een verhoging van de concentratie van cytosolisch calcium (RyR2-type) vereist.

Naast deze twee typen Ca 2+-geactiveerde Ca 2h-kanalen is onlangs een derde type Ca 2+-kanalen SPR (type RyR3) geïdentificeerd, dat nog niet voldoende is bestudeerd.

Alle calciumkanalen vertonen langzame activering en langzame inactivatie vergeleken met natriumkanalen.

Wanneer een spiercel depolariseert (uitsteeksels van cytoplasmatische membranen - T-tubuli naderen de membranen van het endoplasmatisch reticulum), vindt een spanningsafhankelijke opening van calciumkanalen van de membranen van het sarcoplasmatisch reticulum plaats.

Omdat enerzijds de calciumconcentratie in de SPR hoog is (calciumdepot) en de calciumconcentratie in het cytoplasma laag is, en anderzijds het oppervlak van het SPR-membraan en de dichtheid van calciumkanalen daarin zijn ze groot, het calciumgehalte in het cytoplasma neemt 100 keer toe.

Deze toename van de calciumconcentratie initieert het proces van myofibrilcontractie.

Calciumkanalen in hartspiercellen bevinden zich in het cytoplasmamembraan en behoren tot de calciumkanalen van het L-type.

Ze worden geactiveerd bij een membraanpotentiaal van +20-40 mV, waardoor een inkomende calciumstroom ontstaat. Ze blijven lange tijd in een geactiveerde toestand en vormen een ‘plateau’ van het actiepotentiaal van de hartspiercel.

Anion kanalen.

Het grootste aantal chloorkanalen in het celmembraan. Er zijn minder chloorionen in de cel vergeleken met de intercellulaire omgeving. Daarom komt chloor, wanneer de kanalen opengaan, de cel binnen langs een concentratiegradiënt en een elektrochemische gradiënt.

Het aantal kanalen voor HCO 3 is niet zo groot; het transportvolume van dit anion door de kanalen is aanzienlijk minder.

Ionenwisselaars.

Het membraan bevat ionenwisselaars (transporteiwitten), die de diffusie van ionen vergemakkelijken, d.w.z. versnelde gekoppelde beweging van ionen door het biomembraan langs een concentratiegradiënt; dergelijke processen zijn ATP-onafhankelijk.

De bekendste zijn Na + -H + , K + -H + , Ca 2+ -H + wisselaars, evenals wisselaars die zorgen voor de uitwisseling van kationen voor anionenNa + -HCO- 3, 2CI-Ca 2+ en wisselaars die zorgen voor de uitwisseling van kation tegen kation (Na + -Ca 2+) of anion tegen anion (Cl-HCO3).

Receptor-gated ionkanalen.

Ligand-gated (ligand-afhankelijke) ionkanalen.

Ligand-gated ionkanalen zijn een subtype van receptor-gated kanalen en worden altijd gecombineerd met een receptor voor een biologisch actieve stof (BAS).

De receptoren van de beschouwde kanalen behoren tot het ionotrope type membraanreceptoren, waarvan de interactie met biologisch actieve stoffen (liganden) snelle reacties tot gevolg heeft.

Een ligand-gated ionkanaal bestaat uit:

poriën gevuld met water;

selectief filter;

activeringspoort;

ligandbindingsplaats (receptor). Een zeer energetisch actieve biologisch actieve stof heeft een high

affiniteit (affiniteit) voor een bepaald type receptor. Wanneer ionenkanalen worden geactiveerd, bewegen bepaalde ionen langs een concentratiegradiënt en een elektrochemische gradiënt.

In een membraanreceptor kan de ligandbindingsplaats toegankelijk zijn voor het ligand vanaf het buitenoppervlak van het membraan.

In dit geval fungeren hormonen en parahormonen en ionen als liganden.

Wanneer N-cholinerge receptoren worden geactiveerd, worden dus natriumkanalen geactiveerd.

De calciumpermeabiliteit wordt geïnitieerd door neuronale acetylcholine-gated, glutamaat-gated (NMDA en AMPA/kainaat-type) receptoren en purinereceptoren.

GABAA-receptoren zijn gekoppeld aan chloride-ionkanalen, en glycinereceptoren zijn ook gekoppeld aan chloridekanalen.

In een membraanreceptor kan de ligandbindingsplaats toegankelijk zijn voor liganden vanaf het binnenoppervlak van het membraan.

In dit geval fungeren proteïnekinasen die worden geactiveerd door tweede boodschappers of de tweede boodschappers zelf als een ligand.

Proteïnekinasen A, C, G, die kationkanaaleiwitten fosforyleren, veranderen dus hun permeabiliteit.

Mechanisch gestuurde ionkanalen.

Mechanisch gepoorte ionkanalen veranderen hun geleiding in ionen, hetzij door de spanning van de lipidedubbellaag te veranderen, hetzij via het celcytoskelet. Veel mechanisch gecontroleerde kanalen zijn geassocieerd met mechanoreceptoren;

Alle mechanisch bestuurde kanalen zijn verdeeld in twee groepen:

door rek geactiveerde cellen (SAC);

door rek geïnactiveerde cellen (SIC).

Mechanisch gestuurde kanalen hebben alle hoofdkanaalkarakteristieken:

tijd gevuld met water;

poortmechanisme;

reksensor.

Wanneer een kanaal wordt geactiveerd, bewegen ionen langs een concentratiegradiënt.

Natrium, kalium ATPase.

Natrium, kalium ATPase (natrium-kaliumpomp, natrium-kaliumpomp).

Bestaat uit vier transmembraandomeinen: twee α-subeenheden en twee β-subeenheden. De α-subeenheid is het grote domein en de β-subeenheid is het kleine domein. Tijdens ionentransport worden grote subeenheden gefosforyleerd en bewegen ionen er doorheen.

Natrium- en kalium-ATPase speelt een cruciale rol bij het handhaven van de natrium- en kaliumhomeostase in de intra- en extracellulaire omgeving:

handhaaft een hoog K+-niveau en een laag Na+-niveau in de cel;

neemt deel aan de vorming van het rustmembraanpotentiaal en het genereren van actiepotentialen;

zorgt voor Na + gekoppeld transport van de meeste organische stoffen door het membraan (secundair actief transport);

heeft een aanzienlijke invloed op de H2O-homeostase.

Natrium, een kalium-ATPase, levert de belangrijkste bijdrage aan de vorming van ionische asymmetrie in extra- en intracellulaire ruimtes.

De stapsgewijze werking van de natrium- en kaliumpomp zorgt voor een ongelijke uitwisseling van kalium en natrium over het membraan.

Za + -ATPase (pomp).

Er zijn twee families Ca 2+-pompen die verantwoordelijk zijn voor de verwijdering van Ca 2+-ionen uit het cytoplasma: Ca 2+-pompen van het plasmalemma en Ca 2+-pompen van het endoplasmatisch reticulum.

Hoewel ze tot dezelfde familie van eiwitten behoren (de zogenaamde P-klasse ATPasen), vertonen deze pompen enkele verschillen in structuur, functionele activiteit en farmacologie.

Wordt in grote hoeveelheden aangetroffen in het cytoplasmamembraan. In het cytoplasma van de cel in rust is de calciumconcentratie 10-7 mol/l, en buiten de cel is deze veel hoger: 10-3 mol/l.

Een dergelijk significant verschil in concentraties wordt gehandhaafd dankzij het werk van het cytoplasmatische Ca++-ATPase.

De activiteit van de plasmamembraan Ca 2+ pomp wordt direct geregeld door Ca 2+: een verhoging van de concentratie vrij calcium in het cytosol activeert de Ca 2+ pomp.

In rust is er vrijwel geen diffusie via calciumionenkanalen.

Ca-ATPase transporteert Ca van de cel naar de extracellulaire omgeving tegen de concentratiegradiënt in. Langs een gradiënt komt Ca+ de cel binnen door diffusie door ionkanalen.

Het membraan van het endoplasmatisch reticulum bevat ook een grote hoeveelheid Ca++-ATPase.

De endoplasmatisch reticulum calciumpomp (SERCA) zorgt voor de verwijdering van calcium uit het cytosol naar het endoplasmatisch reticulum - een calcium “depot” als gevolg van primair actief transport.

In het depot bindt calcium zich aan calciumbindende eiwitten (calsequestrine, calreticuline, enz.).

Er zijn nu ten minste drie verschillende isovormen van SERCA-pompen beschreven.

SERCA1-subtypes zijn uitsluitend geconcentreerd in snelle skeletspieren; SERCA2-pompen zijn wijd verspreid in andere weefsels. De betekenis van SERCA3-pompen is minder duidelijk.

SERCA2-eiwitten zijn onderverdeeld in twee verschillende isovormen: SERCA2a, kenmerkend voor hartspiercellen en gladde spieren, en SERCA2b, kenmerkend voor hersenweefsel.

Een toename van cytosolisch Ca2+ activeert de opname van calciumionen in het endoplasmatisch reticulum, terwijl een toename van vrij calcium in het endoplasmatisch reticulum de SERCA-pompen remt.

H+ K+ -ATPase (pomp).

Met behulp van deze pomp (als gevolg van de hydrolyse van één ATP-molecuul) worden tijdens de hydrolyse van één molecuul in de cel twee kaliumionen vanuit de extracellulaire ruimte de cel in getransporteerd en twee H+-ionen vanuit het cytosol naar de extracellulaire ruimte. pariëtale cellen van het maagslijmvlies. Dit mechanisme ligt ten grondslag aan de vorming van zoutzuur in de maag.

IonenpompklasseF.

Mitochondriale ATPase. Katalyseert de laatste fase van de ATP-synthese. Mitochondriale crypten bevatten ATP-synthase, dat oxidatie in de Krebs-cyclus en fosforylatie van ADP tot ATP koppelt.

IonenpompklasseV.

Lysosomale H + -ATPasen (lysosomale protonpompen) - protonpompen die zorgen voor transport van H + van het cytosol naar een aantal organellen - lysosomen, Golgi-apparaat, secretoire blaasjes. Hierdoor daalt de pH-waarde in bijvoorbeeld lysosomen naar 5,0, wat de activiteit van deze structuren optimaliseert.

Kenmerken van ionentransport

1. Significant en asymmetrisch transmembraan! gradiënt voor Na + en K + in rust.

Natrium buiten de cel (145 mmol/l) is 10 keer meer dan in de cel (14 mmol/l).

Er zit ongeveer 30 keer meer kalium in de cel (140 mmol/l) dan buiten de cel (4 mmol/l).

Dit kenmerk van de verdeling van natrium- en kaliumionen:

homeostatisch door het werk van Na + /K + -nacoca;

vormt in rust een uitgaande kaliumstroom (lekkanaal);

vormt rustpotentieel;

het werk van alle kaliumkanalen (spanningsafhankelijk, calciumafhankelijk, ligandafhankelijk) is gericht op de vorming van een uitgaande kaliumstroom.

Dit brengt óf de toestand van het membraan terug naar zijn oorspronkelijke niveau (activering van spanningsafhankelijke kanalen tijdens de repolarisatiefase), óf hyperpolariseert het membraan (calciumafhankelijke, ligandafhankelijke kanalen, inclusief die geactiveerd door tweede messenger-systemen).

Houd er rekening mee dat:

de beweging van kalium door het membraan wordt uitgevoerd door passief transport;

de vorming van excitatie (actiepotentiaal) is altijd te wijten aan de binnenkomende natriumstroom;

activering van een natriumkanaal veroorzaakt altijd een inwaartse natriumstroom;

de beweging van natrium over het membraan wordt bijna altijd uitgevoerd door passief transport;

in epitheelcellen die de wanden vormen van verschillende buizen en holtes in weefsels (dunne darm, nefrontubuli, enz.), bevindt zich in het buitenmembraan altijd een groot aantal natriumkanalen, die bij activering zorgen voor een inkomende natriumstroom, en in het basaalmembraan - een groot aantal natrium- en kaliumpompen die natrium uit de cel pompen. Deze asymmetrische verdeling van deze transportsystemen voor natrium zorgt voor het transcellulaire transport ervan, d.w.z.

vanuit het darmlumen, niertubuli naar de interne omgeving van het lichaam;

passief transport van natrium naar de cel langs een elektrochemische gradiënt leidt tot de accumulatie van energie, die wordt gebruikt voor secundair actief transport van veel stoffen.

2. Laag calciumgehalte in het cytosol van de cel.

In de cel in rust is het calciumgehalte (50 nmol/l) 5000 keer lager dan buiten de cel (2,5 mmol/l).

Een dergelijk laag calciumgehalte in het cytosol is niet toevallig, aangezien calcium in concentraties die 10-100 keer hoger zijn dan de oorspronkelijke concentratie, fungeert als een tweede intracellulaire boodschapper bij de implementatie van het signaal.

Onder dergelijke omstandigheden is een snelle toename van calcium in het cytosol mogelijk als gevolg van de activering van calciumkanalen (gefaciliteerde diffusie), die in grote hoeveelheden aanwezig zijn in het cytoplasmatisch membraan en in het membraan van het endoplasmatisch reticulum (het endoplasmatisch reticulum is het “depot” van calcium in de cel).

vanuit het darmlumen, niertubuli naar de interne omgeving van het lichaam;

calcium in het cytosol van de cel wordt in stand gehouden door Ca2+-ATPase, Na+/Ca2+-uitwisselaars en calciumbindende eiwitten van het cytosol.

Naast de snelle binding van cytosolisch Ca 2+ door intracellulaire Ca 2+-bindende eiwitten, kunnen calciumionen die het cytosol binnenkomen, worden geaccumuleerd door het Golgi-apparaat of de celkern en worden opgevangen door mitochondriale Ca 2+-opslagplaatsen.

3. Laag chloorgehalte in de kooi.

In de cel in rust is het chloorgehalte (8 mmol/l) ruim 10 keer lager dan buiten de cel (110 mmol/l).

De verandering in de functionele toestand van de cel gaat gepaard (of wordt veroorzaakt) met een verandering in de permeabiliteit van het membraan voor chloor. Wanneer spannings- en ligandafhankelijke chloorkanalen worden geactiveerd, komt het ion via passief transport het cytosol binnen.

Bovendien wordt het binnendringen van chloor in het cytosol gevormd door de Na+/K+/2CH-cotransporter en de CH-HCO3-wisselaar.

Het binnendringen van chloor in de cel verhoogt de polariteit van het membraan tot aan hyperpolarisatie.

Kenmerken van ionentransport spelen een fundamentele rol bij de vorming van bio-elektrische verschijnselen in organen en weefsels die informatie coderen, de functionele toestand van deze structuren bepalen, hun overgang van de ene functionele toestand naar de andere.

Het lage calciumniveau in het cytosol van de cel wordt in stand gehouden door Ca2+-ATPase, Na+/Ca2+-uitwisselaars en calciumbindende eiwitten van het cytosol.

Na+, K+, Ca2+, Cl - ionen dringen de cel binnen en verlaten deze via speciale met vloeistof gevulde kanalen. De grootte van de kanalen is vrij klein (diameter 0,5-0,7 nm). Uit berekeningen blijkt dat het totale oppervlak van de kanalen een onbeduidend deel van het celmembraanoppervlak beslaat. De functie van ionkanalen wordt bestudeerd op verschillende manieren . De meest gebruikelijke methode is spanningsklem, of “spanningsklem”. De essentie van de methode is dat je speciaal gebruikt Tijdens het experiment wordt de membraanpotentiaal veranderd en op een bepaald niveau vastgelegd. In dit geval wordt de grootte van de ionenstroom die door het membraan stroomt gemeten. Als het potentiaalverschil constant is, dan is, in overeenstemming met de wet van Ohm, de stroomsterkte evenredig met de geleidbaarheid van de ionenkanalen. Als reactie op stapsgewijze depolarisatie gaan bepaalde kanalen open en komen de overeenkomstige ionen de cel binnen langs een elektrochemische gradiënt, d.w.z. Er ontstaat een ionenstroom die de cel depolariseert. Deze verandering wordt geregistreerd met behulp van een controleversterker en door het membraan geleid elektrische stroom, even groot maar tegengesteld in richting aan de membraanionenstroom. In dit geval verandert het transmembraanpotentiaalverschil niet. Het gecombineerde gebruik van spanningsklem en specifieke ionkanaalblokkers leidde tot de ontdekking van verschillende soorten ionkanalen in het celmembraan.

Er zijn momenteel veel soorten kanalen voor verschillende ionen geïnstalleerd. Sommige daarvan zijn zeer specifiek, terwijl andere, naast het hoofdion, ook andere ionen kunnen doorlaten.

Het bestuderen van de functie van individuele kanalen is mogelijk met behulp van de methode van lokale fixatie van het “path-clamp”-potentieel; Een glazen micro-elektrode (micropipet) wordt gevuld met een zoutoplossing, tegen het oppervlak van het membraan gedrukt en er ontstaat een licht vacuüm. In dit geval wordt een deel van het membraan naar de micro-elektrode gezogen. Als er een ionenkanaal in de zuigzone verschijnt, wordt de activiteit van een enkel kanaal geregistreerd. Het systeem van irritatie en registratie van kanaalactiviteit verschilt weinig van het spanningsregistratiesysteem.

De stroom door een enkel ionenkanaal heeft een rechthoekige vorm en is in amplitude dezelfde voor kanalen van verschillende typen. De duur van het verblijf van het kanaal in de open toestand is probabilistisch, maar hangt af van de waarde van het membraanpotentieel. De totale ionenstroom wordt bepaald door de waarschijnlijkheid dat een bepaald aantal kanalen zich in elke specifieke tijdsperiode in de open toestand bevindt.

Het buitenste deel van het kanaal is relatief toegankelijk voor studie; het binnenste deel levert aanzienlijke problemen op. P.G. Kostyuk ontwikkelde een methode voor intracellulaire dialyse, die het mogelijk maakt om de functie van de input- en outputstructuren van ionkanalen te bestuderen zonder het gebruik van micro-elektroden. Het bleek dat het deel van het ionenkanaal dat open is naar de extracellulaire ruimte qua functionele eigenschappen verschilt van het deel van het kanaal dat naar de intracellulaire omgeving is gericht.

Het zijn ionkanalen die zorgen voor twee belangrijke eigenschappen van het membraan: selectiviteit en geleidbaarheid.

De selectiviteit of selectiviteit van het kanaal wordt verzekerd door zijn speciale eiwitstructuur. De meeste kanalen worden elektrisch aangestuurd, d.w.z. hun vermogen om ionen te geleiden hangt af van de grootte van het membraanpotentieel. Het kanaal is heterogeen van aard functionele kenmerken Dit geldt vooral voor eiwitstructuren die zich bij de ingang van het kanaal en bij de uitgang ervan bevinden (de zogenaamde poortmechanismen).

Laten we het werkingsprincipe van ionkanalen bekijken met het natriumkanaal als voorbeeld. Er wordt aangenomen dat het natriumkanaal in rust gesloten is. Wanneer het celmembraan tot een bepaald niveau is gedepolariseerd, gaat de m-activatiepoort open (activatie) en neemt de stroom Na+-ionen de cel in. Enkele milliseconden nadat de m-poort opent, sluit de p-poort aan de uitgang van de natriumkanalen (inactivatie). Inactivatie ontwikkelt zich zeer snel in het celmembraan en de mate van inactivatie hangt af van de omvang en het tijdstip van werking van de depolariserende stimulus.

De werking van natriumkanalen wordt bepaald door de waarde van de membraanpotentiaal in overeenstemming met bepaalde waarschijnlijkheidswetten. Er wordt berekend dat het geactiveerde natriumkanaal slechts 6000 ionen in 1 ms doorlaat. In dit geval is de zeer significante natriumstroom die tijdens excitatie door de membranen gaat de som van duizenden afzonderlijke stromen.

Wanneer er een enkel actiepotentiaal wordt gegenereerd in een dikke zenuwvezel, ontstaat er een verandering in de concentratie van Na+-ionen interne omgeving is slechts 1/100.000 van het interne Na-iongehalte van het reuzenaxon van de inktvis. Voor dunne zenuwvezels kan deze verandering in concentratie echter behoorlijk aanzienlijk zijn.

Naast natrium celmembranen Er zijn andere soorten kanalen ontwikkeld die selectief permeabel zijn voor individuele ionen: K+, Ca2+, en er zijn verschillende kanalen voor deze ionen (zie Tabel 2.1).

Hodgkin en Huxley formuleerden het principe van ‘onafhankelijkheid’ van kanalen, volgens hetwelk de stroom van natrium en kalium door het membraan onafhankelijk van elkaar is.

Geleidbaarheid eigendom diverse kanalen niet hetzelfde. In het bijzonder bestaat er voor kaliumkanalen geen inactivatieproces, zoals voor natriumkanalen. Er zijn speciale kaliumkanalen die worden geactiveerd wanneer de intracellulaire calciumconcentratie stijgt en het celmembraan depolariseert. Activering van kalium-calcium-afhankelijke kanalen versnelt de repolarisatie en herstelt daardoor oorspronkelijke waarde rustpotentieel.

Calciumkanalen zijn van bijzonder belang.

De binnenkomende calciumstroom is meestal niet groot genoeg om het celmembraan normaal te depolariseren. Meestal fungeert calcium dat de cel binnenkomt als een ‘boodschapper’ of secundaire boodschapper. Activering van calciumkanalen wordt bereikt door depolarisatie van het celmembraan, bijvoorbeeld door een inkomende natriumstroom.

Het proces van inactivatie van calciumkanalen is behoorlijk complex. Enerzijds leidt een toename van de intracellulaire concentratie van vrij calcium tot inactivatie van calciumkanalen. Aan de andere kant binden eiwitten in het cytoplasma van cellen calcium, wat het behoud ervan mogelijk maakt lange tijd een stabiele calciumstroom, zij het op een laag niveau; in dit geval wordt de natriumstroom volledig onderdrukt. Calciumkanalen spelen een essentiële rol in hartcellen. De elektrogenese van hartspiercellen wordt besproken in Hoofdstuk 7. De elektrofysiologische kenmerken van celmembranen worden bestudeerd met behulp van speciale methoden.

Alle kanalen die aanwezig zijn in levende weefsels, en nu kennen we enkele honderden soorten kanalen, kunnen in twee hoofdtypen worden verdeeld. Het eerste type is rust kanalen, die spontaan open en dicht gaan zonder dat er iets gebeurt externe invloeden. Ze zijn belangrijk voor het genereren van het rustmembraanpotentiaal. Het tweede type is het zogenaamde poortkanalen, of portaal kanalen(van het woord "poort") . In rust zijn deze kanalen gesloten en kunnen ze openen onder invloed van bepaalde stimuli. Sommige soorten van dergelijke kanalen zijn betrokken bij het genereren van actiepotentialen.

De meeste ionkanalen worden gekarakteriseerd selectiviteit(selectiviteit), dat wil zeggen dat alleen bepaalde ionen door een bepaald type kanaal gaan. Op basis van dit kenmerk worden natrium-, kalium-, calcium- en chloridekanalen onderscheiden. De selectiviteit van de kanalen wordt bepaald door de grootte van de porie, de grootte van het ion en zijn hydratatieschil, de lading van het ion, evenals de lading van het binnenoppervlak van het kanaal. Er zijn echter ook niet-selectieve kanalen die twee soorten ionen tegelijk kunnen doorgeven: bijvoorbeeld kalium en natrium. Er zijn kanalen waardoor alle ionen en zelfs grotere moleculen kunnen passeren.

Er is een classificatie van ionkanalen volgens activatie methode(Afb. 9). Sommige kanalen reageren specifiek op fysieke veranderingen in het celmembraan van het neuron. Meest prominente vertegenwoordigers deze groep zijn spanningsgeactiveerde kanalen. Voorbeelden hiervan zijn spanningsgevoelige natrium-, kalium- en calciumionenkanalen op het membraan, die verantwoordelijk zijn voor de vorming van het actiepotentiaal. Deze kanalen openen bij een bepaald membraanpotentiaal. Natrium- en kaliumkanalen openen dus bij een potentiaal van ongeveer -60 mV (het binnenoppervlak van het membraan is negatief geladen vergeleken met het buitenoppervlak). Calciumkanalen openen bij een potentiaal van -30 mV. Naar een groep kanalen geactiveerd fysieke veranderingen, refereren

Figuur 9. Methoden voor het activeren van ionkanalen

(A) Ionenkanalen geactiveerd door veranderingen in membraanpotentiaal of membraanrek. (B) Ionenkanalen geactiveerd door chemische middelen (liganden) vanaf de extracellulaire of intracellulaire kant.

Ook mechanisch gevoelige kanalen die reageren op mechanische spanning (uitrekken of vervormen van het celmembraan). Een andere groep ionkanalen gaat open wanneer chemicaliën speciale receptorbindingsplaatsen op het kanaalmolecuul activeren. Zo een ligand-geactiveerde kanalen zijn verdeeld in twee subgroepen, afhankelijk van het feit of hun receptorcentra intracellulair of extracellulair zijn. Ligand-geactiveerde kanalen die reageren op extracellulaire stimuli worden ook wel genoemd ionotrope receptoren. Dergelijke kanalen zijn gevoelig voor zenders en zijn direct betrokken bij de overdracht van informatie in synaptische structuren. Door ligand geactiveerde kanalen, geactiveerd vanaf de cytoplasmatische kant, omvatten kanalen die gevoelig zijn voor veranderingen in de concentratie van specifieke ionen. Door calcium geactiveerde kaliumkanalen worden bijvoorbeeld geactiveerd door lokale verhogingen van de intracellulaire calciumconcentratie. Deze kanalen spelen belangrijke rol in de repolarisatie van het celmembraan tijdens de voltooiing van het actiepotentiaal. Naast calciumionen zijn typische vertegenwoordigers van intracellulaire liganden cyclische nucleotiden. Cyclische GMP is bijvoorbeeld verantwoordelijk voor de activering van natriumkanalen in de netvliesstaven. Dit type kanaal speelt een fundamentele rol in de werking van de visuele analysator. Een afzonderlijk type modulatie van de kanaalwerking door binding van een intracellulair ligand is de fosforylatie/defosforylering van bepaalde delen van het eiwitmolecuul ervan onder invloed van intracellulaire enzymen - eiwitkinasen en eiwitfosfatasen.

De gepresenteerde classificatie van kanalen op basis van activeringsmethode is grotendeels willekeurig. Sommige ionkanalen kunnen slechts door enkele stimuli worden geactiveerd. Door calcium geactiveerde kaliumkanalen zijn bijvoorbeeld ook gevoelig voor veranderingen in potentiaal, en sommige spanningsgeactiveerde ionkanalen zijn gevoelig voor intracellulaire liganden.