Википедия

Ионные каналы

17 Июл, 2025 / 22:53

Ио́нные кана́лы — порообразующие белки (одиночные либо целые комплексы), поддерживающие разность потенциалов, которая существует между внешней и внутренней сторонами клеточной мембраны всех живых клеток. Относятся к транспортным белкам. С их помощью ионы перемещаются согласно их электрохимическим градиентам сквозь мембрану. Такие комплексы представляют собой набор идентичных или гомологичных белков, плотно упакованных в липидном бислое мембраны вокруг водной поры. Каналы расположены в плазмалемме и некоторых внутренних мембранах клетки.

image
Трёхмерная структура ацетилхолинового рецептора, функционирующего как неселективый ионный канал.

Через ионные каналы проходят ионы Na+ (натрия), K+ (калия), Cl− (хлора) и Ca2+ (кальция). Из-за открывания и закрывания ионных каналов меняется концентрация ионов по разные стороны мембраны и происходит сдвиг мембранного потенциала.

Канальные белки состоят из , образующих структуру со сложной пространственной конфигурацией, в которой кроме поры обычно имеются молекулярные системы открытия, закрытия, , , рецепции и . Ионные каналы могут иметь несколько участков (сайтов) для связывания с управляющими веществами.

Типы ионных каналов

Классификация ионных каналов проводится по различным параметрам и поэтому единой унифицированной классификации для них пока не существует.

Так, возможна классификация по структуре (строению) и происхождению от однотипных генов.

По этому принципу, например, выделяют три семейства лиганд-активируемых ионных каналов:

  1. с пуриновыми рецепторами (АТФ-активируемые);
  2. с никотиновыми АХ-рецепторами, ГАМК-, глицин- и серотонин-рецепторами;
  3. с глутаматными рецепторами.

При этом в одно и то же семейство попадают ионные каналы с разной ионной , а также с рецепторами к разным лигандам. Но зато образующие эти каналы белки имеют большое сходство в строении и происхождении.

Ионные каналы также можно классифицировать по селективности в зависимости от проходящих через них ионов: натриевые, калиевые, кальциевые, хлорные, протонные (водородные).

Согласно функциональной классификации, ионные каналы группируются по способам управления их состоянием на следующие виды:

  1. Неуправляемые (независимые).
  2. Потенциал-управляемые (потенциал-чувствительные, потенциал-зависимые, voltage-gated).
  3. Лиганд-управляемые (хемо-управляемые, хемочувствительные, хемозависимые, лиганд-зависимые, рецептор-активируемые).
  4. Опосредованно-управляемые (вторично-управляемые, ион-активируемые, ион-зависимые, мессенджер-управляемые, управляемые метаботропными рецепторами).
  5. Совместно-управляемые (-рецепторно-канальный комплекс). Они открываются одновременно как лигандами, так и определённым электрическим потенциалом мембраны. Можно сказать, что у них двойное управление. Пример: NMDA-рецепторно-канальный комплекс, имеющий сложную систему управления, включающую в себя 8 рецепторных участков-сайтов, с которыми могут связываться различные лиганды.
  6. Стимул-управляемые (механочувствительные, механосенситивные, активируемые растяжением (stretch) липидного бислоя, протон-активируемые, температурно-чувствительные).
  7. Актин-управляемые (актин-регулируемые, actin-regulated, actin-gated channels).
  8. Коннексоны (двойные поры).

Наиболее часто встречаются два типа каналов: ионные каналы с лиганд-зависимыми воротами (находятся, в частности, в постсинаптической мембране нервно-мышечных соединений) и ионные каналы с потенциал-зависимыми воротами. Лиганд-зависимые каналы превращают химические сигналы, приходящие к клетке, в электрические; они необходимы, в частности, для работы химических синапсов. Потенциал-зависимые каналы нужны для распространения потенциала действия.

Работа ионных каналов

Неуправляемые (независимые) ионные каналы

Эти каналы обычно находятся в открытом состоянии и постоянно пропускают через себя ионы за счёт диффузии по градиенту их концентрации и/или по электрическому градиенту зарядов по обе стороны мембраны. Некоторые неуправляемые каналы различают вещества и пропускают через себя по градиенту концентрации все молекулы меньше определённой величины, их называют «неселективные каналы» или «поры». Существуют также «селективные каналы», которые благодаря своему диаметру и строению внутренней поверхности переносят только определённые ионы. Примеры: калиевые каналы, участвующие в формировании мембранного потенциала покоя, хлоридные каналы, эпителиальные натриевые каналы, .

Потенциал-зависимые ионные каналы

Эти каналы ([англ.], [англ.], [англ.], [англ.], [англ.], [англ.], [англ.]) отвечают за распространение потенциала действия, они открываются и закрываются в ответ на изменение мембранного потенциала. Например, натриевые каналы. Если мембранный потенциал поддерживается на уровне потенциала покоя, натриевые каналы закрыты и натриевый ток отсутствует. Если мембранный потенциал сдвигается в положительную сторону, то натриевые каналы откроются, и в клетку начнут входить ионы натрия по градиенту концентрации. Через 0,5 мс после установления нового значения мембранного потенциала, этот натриевый ток достигнет максимума. А ещё через несколько миллисекунд падает почти до 12. Во время покоя мембранного потенциала, внутриклеточная концентрация ионов натрия 12 ммоль/литр, а внеклеточная концентрация 145 ммоль/литр. Это значит, что каналы через некоторое время закрываются вследствие инактивации, даже если клеточная мембрана остается деполяризованной. Но закрывшись, они отличаются от состояния, в котором находились до открытия, теперь они не могут открываться в ответ на деполяризацию мембраны, то есть они . В таком состоянии они останутся до тех пор, пока мембранный потенциал не вернется к исходному значению и не пройдет восстановительный период, занимающий несколько миллисекунд.

Лиганд-зависимые ионные каналы

Эти каналы открываются, когда медиатор, связываясь с их наружными рецепторными участками, меняет их конформацию. Открываясь, они впускают ионы, изменяя этим мембранный потенциал. Лиганд-зависимые каналы почти нечувствительны к изменению мембранного потенциала. Они генерируют электрический потенциал, сила которого зависит от количества медиатора, поступающего в и времени, которое он там находится.

Свойства ионных каналов

Для каналов характерна ионная . Каналы одного типа пропускают только ионы калия, другого — только ионы натрия и т. д.

 — это избирательно повышенная проницаемость ионного канала для определённых ионов и пониженная для других. Такая избирательность определяется селективным фильтром — самым узким местом канальной поры. Фильтр, кроме узких размеров, может иметь также локальный электрический заряд.

Управляемая проницаемость — это способность открываться или закрываться при определённых управляющих воздействиях на канал.

 — это способность ионного канала через некоторое время после своего открытия автоматически понижать свою проницаемость даже в том случае, когда открывший их активирующий фактор продолжает действовать.

Блокировка — это способность ионного канала под действием веществ-блокаторов фиксировать какое-то одно своё состояние и не реагировать на обычные управляющие воздействия. Блокировку вызывают вещества-блокаторы, которые могут называться антагонистами, блокаторами или литиками.

Пластичность — это способность ионного канала изменять свои свойства, свои характеристики. Наиболее распространённый механизм, обеспечивающий пластичность — это фосфорилирование аминокислот канальных белков с цитоплазматической стороны мембраны ферментами-протеинкиназами.

Открытие

Основоположником мембранной теории биопотенциалов был Юлиус Бернштейн. Модель ионных каналов описали Алан Ходжкин и Эндрю Хаксли в цикле статей в 1952 году. За открытия, касающиеся ионных механизмов возбуждения и торможения в периферических и центральных участках мембраны нервных клеток, А. Ходжкин и Э. Хаксли получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине 1963 года. Они разделили ее с Джоном Экклсом, который изучал механизмы транспорта различных ионов в возбуждающих и тормозных синапсах. Классические работы Ходжкина и Хаксли послужили основой для последующих исследований структурно-функциональной организации и механизмов регуляции ионных каналов различных типов.

Ионный канал в искусстве

image
Фосс-Андре Юлиан Рождение Идеи (Birth of an Idea) (2007). Скульптура создана для Родерика Маккинона (Roderick MacKinnon) на основе атомных координат, которые были определены группой Маккинона в 2001 году.

Скульптура Рождение Идеи высотой 1,5 метра, в основу которой положена структура калиевого канала KcsA, была создана для лауреата Нобелевской премии Родерика Маккинона (Roderick MacKinnon). Работа содержит проволочный каркас, удерживающий выдутый из жёлтого стекла объект, который репрезентирует основную полость канальной структуры.

См. также

Примечания

  1. Ионные каналы возбудимой клетки (структура, функция, патология) / Зефиров А. Л., Ситдикова Г. Ф. Казань: Арт-кафе, 2010. 271 с.
  2. Сазонов В. Ф. Функциональная классификация мембранных ионных каналов // Научные труды III Съезда физиологов СНГ. М.: Медицина-Здоровье, 2011. С. 72.
  3. Ионные каналы мембраны Архивная копия от 13 декабря 2011 на Wayback Machine / Сазонов В. Ф., кандидат биологических наук.
  4. Ball, Philip. The crucible: Art inspired by science should be more than just a pretty picture (англ.) // [англ.] : magazine. — 2008. — March (vol. 5, no. 3). — P. 42—43. Архивировано 20 июня 2013 года.

Библиография

  • Фундаментальная и клиническая физиология / Под ред. Камкина А.Г. и Каменского А.А.. — М.: Издательский центр «Академия», 2004. — 1072 с. — 5000 экз. — ISBN 978-5-7695-1675-7.
  • Ионные каналы : [арх. 21 октября 2022] / Магазаник Л. Г. // Большая российская энциклопедия : [в 35 т.] / гл. ред. Ю. С. Осипов. — М. : Большая российская энциклопедия, 2004—2017.
  • Транспорт ионов / Антонов В. Ф. // Большая медицинская энциклопедия : в 30 т. / гл. ред. Б. В. Петровский. — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1985. — Т. 25 : Тениус — Углекислота. — 544 с. : ил.
  • Ионные насосы : [арх. 17 октября 2022] / Магазаник Л. Г. // Большая российская энциклопедия : [в 35 т.] / гл. ред. Ю. С. Осипов. — М. : Большая российская энциклопедия, 2004—2017.

Ссылки

  • Ионные каналы мембраны
  • Немецкие биотехнологи создали из ДНК искусственные ионные каналы

Википедия, чтение, книга, библиотека, поиск, нажмите, истории, книги, статьи, wikipedia, учить, информация, история, скачать, скачать бесплатно, mp3, видео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, картинка, музыка, песня, фильм, игра, игры, мобильный, телефон, Android, iOS, apple, мобильный телефон, Samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Сеть, компьютер, Информация о Ионные каналы, Что такое Ионные каналы? Что означает Ионные каналы?

Io nnye kana ly poroobrazuyushie belki odinochnye libo celye kompleksy podderzhivayushie raznost potencialov kotoraya sushestvuet mezhdu vneshnej i vnutrennej storonami kletochnoj membrany vseh zhivyh kletok Otnosyatsya k transportnym belkam S ih pomoshyu iony peremeshayutsya soglasno ih elektrohimicheskim gradientam skvoz membranu Takie kompleksy predstavlyayut soboj nabor identichnyh ili gomologichnyh belkov plotno upakovannyh v lipidnom bisloe membrany vokrug vodnoj pory Kanaly raspolozheny v plazmalemme i nekotoryh vnutrennih membranah kletki Tryohmernaya struktura acetilholinovogo receptora funkcioniruyushego kak neselektivyj ionnyj kanal Cherez ionnye kanaly prohodyat iony Na natriya K kaliya Cl hlora i Ca2 kalciya Iz za otkryvaniya i zakryvaniya ionnyh kanalov menyaetsya koncentraciya ionov po raznye storony membrany i proishodit sdvig membrannogo potenciala Kanalnye belki sostoyat iz obrazuyushih strukturu so slozhnoj prostranstvennoj konfiguraciej v kotoroj krome pory obychno imeyutsya molekulyarnye sistemy otkrytiya zakrytiya recepcii i Ionnye kanaly mogut imet neskolko uchastkov sajtov dlya svyazyvaniya s upravlyayushimi veshestvami Tipy ionnyh kanalovKlassifikaciya ionnyh kanalov provoditsya po razlichnym parametram i poetomu edinoj unificirovannoj klassifikacii dlya nih poka ne sushestvuet Tak vozmozhna klassifikaciya po strukture stroeniyu i proishozhdeniyu ot odnotipnyh genov Po etomu principu naprimer vydelyayut tri semejstva ligand aktiviruemyh ionnyh kanalov s purinovymi receptorami ATF aktiviruemye s nikotinovymi AH receptorami GAMK glicin i serotonin receptorami s glutamatnymi receptorami Pri etom v odno i to zhe semejstvo popadayut ionnye kanaly s raznoj ionnoj a takzhe s receptorami k raznym ligandam No zato obrazuyushie eti kanaly belki imeyut bolshoe shodstvo v stroenii i proishozhdenii Ionnye kanaly takzhe mozhno klassificirovat po selektivnosti v zavisimosti ot prohodyashih cherez nih ionov natrievye kalievye kalcievye hlornye protonnye vodorodnye Soglasno funkcionalnoj klassifikacii ionnye kanaly gruppiruyutsya po sposobam upravleniya ih sostoyaniem na sleduyushie vidy Neupravlyaemye nezavisimye Potencial upravlyaemye potencial chuvstvitelnye potencial zavisimye voltage gated Ligand upravlyaemye hemo upravlyaemye hemochuvstvitelnye hemozavisimye ligand zavisimye receptor aktiviruemye Oposredovanno upravlyaemye vtorichno upravlyaemye ion aktiviruemye ion zavisimye messendzher upravlyaemye upravlyaemye metabotropnymi receptorami Sovmestno upravlyaemye receptorno kanalnyj kompleks Oni otkryvayutsya odnovremenno kak ligandami tak i opredelyonnym elektricheskim potencialom membrany Mozhno skazat chto u nih dvojnoe upravlenie Primer NMDA receptorno kanalnyj kompleks imeyushij slozhnuyu sistemu upravleniya vklyuchayushuyu v sebya 8 receptornyh uchastkov sajtov s kotorymi mogut svyazyvatsya razlichnye ligandy Stimul upravlyaemye mehanochuvstvitelnye mehanosensitivnye aktiviruemye rastyazheniem stretch lipidnogo bisloya proton aktiviruemye temperaturno chuvstvitelnye Aktin upravlyaemye aktin reguliruemye actin regulated actin gated channels Konneksony dvojnye pory Naibolee chasto vstrechayutsya dva tipa kanalov ionnye kanaly s ligand zavisimymi vorotami nahodyatsya v chastnosti v postsinapticheskoj membrane nervno myshechnyh soedinenij i ionnye kanaly s potencial zavisimymi vorotami Ligand zavisimye kanaly prevrashayut himicheskie signaly prihodyashie k kletke v elektricheskie oni neobhodimy v chastnosti dlya raboty himicheskih sinapsov Potencial zavisimye kanaly nuzhny dlya rasprostraneniya potenciala dejstviya Rabota ionnyh kanalovNeupravlyaemye nezavisimye ionnye kanaly Eti kanaly obychno nahodyatsya v otkrytom sostoyanii i postoyanno propuskayut cherez sebya iony za schyot diffuzii po gradientu ih koncentracii i ili po elektricheskomu gradientu zaryadov po obe storony membrany Nekotorye neupravlyaemye kanaly razlichayut veshestva i propuskayut cherez sebya po gradientu koncentracii vse molekuly menshe opredelyonnoj velichiny ih nazyvayut neselektivnye kanaly ili pory Sushestvuyut takzhe selektivnye kanaly kotorye blagodarya svoemu diametru i stroeniyu vnutrennej poverhnosti perenosyat tolko opredelyonnye iony Primery kalievye kanaly uchastvuyushie v formirovanii membrannogo potenciala pokoya hloridnye kanaly epitelialnye natrievye kanaly Potencial zavisimye ionnye kanaly Eti kanaly angl angl angl angl angl angl angl otvechayut za rasprostranenie potenciala dejstviya oni otkryvayutsya i zakryvayutsya v otvet na izmenenie membrannogo potenciala Naprimer natrievye kanaly Esli membrannyj potencial podderzhivaetsya na urovne potenciala pokoya natrievye kanaly zakryty i natrievyj tok otsutstvuet Esli membrannyj potencial sdvigaetsya v polozhitelnuyu storonu to natrievye kanaly otkroyutsya i v kletku nachnut vhodit iony natriya po gradientu koncentracii Cherez 0 5 ms posle ustanovleniya novogo znacheniya membrannogo potenciala etot natrievyj tok dostignet maksimuma A eshyo cherez neskolko millisekund padaet pochti do 12 Vo vremya pokoya membrannogo potenciala vnutrikletochnaya koncentraciya ionov natriya 12 mmol litr a vnekletochnaya koncentraciya 145 mmol litr Eto znachit chto kanaly cherez nekotoroe vremya zakryvayutsya vsledstvie inaktivacii dazhe esli kletochnaya membrana ostaetsya depolyarizovannoj No zakryvshis oni otlichayutsya ot sostoyaniya v kotorom nahodilis do otkrytiya teper oni ne mogut otkryvatsya v otvet na depolyarizaciyu membrany to est oni V takom sostoyanii oni ostanutsya do teh por poka membrannyj potencial ne vernetsya k ishodnomu znacheniyu i ne projdet vosstanovitelnyj period zanimayushij neskolko millisekund Ligand zavisimye ionnye kanaly Eti kanaly otkryvayutsya kogda mediator svyazyvayas s ih naruzhnymi receptornymi uchastkami menyaet ih konformaciyu Otkryvayas oni vpuskayut iony izmenyaya etim membrannyj potencial Ligand zavisimye kanaly pochti nechuvstvitelny k izmeneniyu membrannogo potenciala Oni generiruyut elektricheskij potencial sila kotorogo zavisit ot kolichestva mediatora postupayushego v i vremeni kotoroe on tam nahoditsya Svojstva ionnyh kanalovDlya kanalov harakterna ionnaya Kanaly odnogo tipa propuskayut tolko iony kaliya drugogo tolko iony natriya i t d eto izbiratelno povyshennaya pronicaemost ionnogo kanala dlya opredelyonnyh ionov i ponizhennaya dlya drugih Takaya izbiratelnost opredelyaetsya selektivnym filtrom samym uzkim mestom kanalnoj pory Filtr krome uzkih razmerov mozhet imet takzhe lokalnyj elektricheskij zaryad Upravlyaemaya pronicaemost eto sposobnost otkryvatsya ili zakryvatsya pri opredelyonnyh upravlyayushih vozdejstviyah na kanal eto sposobnost ionnogo kanala cherez nekotoroe vremya posle svoego otkrytiya avtomaticheski ponizhat svoyu pronicaemost dazhe v tom sluchae kogda otkryvshij ih aktiviruyushij faktor prodolzhaet dejstvovat Blokirovka eto sposobnost ionnogo kanala pod dejstviem veshestv blokatorov fiksirovat kakoe to odno svoyo sostoyanie i ne reagirovat na obychnye upravlyayushie vozdejstviya Blokirovku vyzyvayut veshestva blokatory kotorye mogut nazyvatsya antagonistami blokatorami ili litikami Plastichnost eto sposobnost ionnogo kanala izmenyat svoi svojstva svoi harakteristiki Naibolee rasprostranyonnyj mehanizm obespechivayushij plastichnost eto fosforilirovanie aminokislot kanalnyh belkov s citoplazmaticheskoj storony membrany fermentami proteinkinazami OtkrytieOsnovopolozhnikom membrannoj teorii biopotencialov byl Yulius Bernshtejn Model ionnyh kanalov opisali Alan Hodzhkin i Endryu Haksli v cikle statej v 1952 godu Za otkrytiya kasayushiesya ionnyh mehanizmov vozbuzhdeniya i tormozheniya v perifericheskih i centralnyh uchastkah membrany nervnyh kletok A Hodzhkin i E Haksli poluchili Nobelevskuyu premiyu po fiziologii i medicine 1963 goda Oni razdelili ee s Dzhonom Ekklsom kotoryj izuchal mehanizmy transporta razlichnyh ionov v vozbuzhdayushih i tormoznyh sinapsah Klassicheskie raboty Hodzhkina i Haksli posluzhili osnovoj dlya posleduyushih issledovanij strukturno funkcionalnoj organizacii i mehanizmov regulyacii ionnyh kanalov razlichnyh tipov Ionnyj kanal v iskusstveFoss Andre Yulian Rozhdenie Idei Birth of an Idea 2007 Skulptura sozdana dlya Roderika Makkinona Roderick MacKinnon na osnove atomnyh koordinat kotorye byli opredeleny gruppoj Makkinona v 2001 godu Skulptura Rozhdenie Idei vysotoj 1 5 metra v osnovu kotoroj polozhena struktura kalievogo kanala KcsA byla sozdana dlya laureata Nobelevskoj premii Roderika Makkinona Roderick MacKinnon Rabota soderzhit provolochnyj karkas uderzhivayushij vydutyj iz zhyoltogo stekla obekt kotoryj reprezentiruet osnovnuyu polost kanalnoj struktury Sm takzheMembrannyj transport Natrij kalievaya pompa Na K ATF aza angl Protonnyj nasos angl HCN kanal Kalcievye kanaly angl angl BiopotencialPrimechaniyaIonnye kanaly vozbudimoj kletki struktura funkciya patologiya Zefirov A L Sitdikova G F Kazan Art kafe 2010 271 s Sazonov V F Funkcionalnaya klassifikaciya membrannyh ionnyh kanalov Nauchnye trudy III Sezda fiziologov SNG M Medicina Zdorove 2011 S 72 Ionnye kanaly membrany Arhivnaya kopiya ot 13 dekabrya 2011 na Wayback Machine Sazonov V F kandidat biologicheskih nauk Ball Philip The crucible Art inspired by science should be more than just a pretty picture angl angl magazine 2008 March vol 5 no 3 P 42 43 Arhivirovano 20 iyunya 2013 goda BibliografiyaFundamentalnaya i klinicheskaya fiziologiya Pod red Kamkina A G i Kamenskogo A A M Izdatelskij centr Akademiya 2004 1072 s 5000 ekz ISBN 978 5 7695 1675 7 Ionnye kanaly arh 21 oktyabrya 2022 Magazanik L G Bolshaya rossijskaya enciklopediya v 35 t gl red Yu S Osipov M Bolshaya rossijskaya enciklopediya 2004 2017 Transport ionov Antonov V F Bolshaya medicinskaya enciklopediya v 30 t gl red B V Petrovskij 3 e izd M Sovetskaya enciklopediya 1985 T 25 Tenius Uglekislota 544 s il Ionnye nasosy arh 17 oktyabrya 2022 Magazanik L G Bolshaya rossijskaya enciklopediya v 35 t gl red Yu S Osipov M Bolshaya rossijskaya enciklopediya 2004 2017 SsylkiIonnye kanaly membrany Nemeckie biotehnologi sozdali iz DNK iskusstvennye ionnye kanaly

17 Июл, 2025 / 22:53
NiNa.Az

NiNa.Az

NiNa.Az - Абсолютно бесплатная система, которая делится для вас информацией и контентом 24 часа в сутки.
Взгляните
Закрыто
© 2019 NiNa.Az - Все права защищены.
Авторские права: Dadash Mammadov