A Ioonkanal "Transmembraanne valk" moodustab membraani pooride ja laseb ioonidel membraani läbi viia. Ioonid on elektrilaenguga osakesed, nad võivad olla nii positiivselt kui ka negatiivselt laetud. Nad on pidevas vahetuses raku ja selle keskkonna või mõne muu naaberraku vahel.
Mis on ioonikanal?
Raku membraan koosneb lipiidide kaksikkihist. Ioonkanalid on transmembraansed valgud, mis hõlmavad membraani ja võimaldavad ioonidel läbi pääseda. Ioonkanaleid tuntakse ka kanalivalkudena, kuna need moodustavad läbipääsu.
Ioonikanalite rühm on jagatud erinevatesse kategooriatesse: aktiivsed ja passiivsed ioonikanalid. Aktiivsed ioonikanalid genereerivad ioonide aktiivse transpordi kaudu, seega vajavad nad selle protsessi jaoks energiat. Passiivsed ioonikanalid seevastu ei tarbi energiat ja lasevad ioonidel läbida olemasolevat elektrokeemilist gradienti. Selle gradiendi võib jagada keemilisteks ja elektrilisteks komponentideks. Keemiline gradient kirjeldab kontsentratsioonigradienti. Teatud aine, näiteks kaaliumi, osakesed liiguvad ioonkanalite abil kooskõlastamata viisil kahe sektsiooni vahel.
Selle tulemuseks on nende osakeste ühtlane jaotumine kahe sektsiooni vahel. Seda tuntakse ka kui Browni molekulaarset liikumist. Elektriline gradient seevastu sisaldab elektripinge jaotust. Näiteks kui sektsioonis on suurenenud negatiivne laeng, moodustub elektriline gradient. Seejärel liiguvad teise sektsiooni positiivsed osakesed negatiivselt laetud sektsiooni, et kompenseerida gradiendi poolt üles ehitatud ebavõrdset pinget. Aktiivsed ioonkanalid töötavad spetsiifiliselt gradiendi suhtes. Näiteks võivad nad transportida täiendavalt negatiivselt laetud osakesi juba negatiivselt laetud kambrisse. See protsess nõuab aga energiakulu.
Funktsioon, mõju ja ülesanded
Ioonkanalitel on mitmesuguseid funktsioone. Saatja juhitavad ioonkanalid närvirakkude sünapsides mängivad olulist rolli signaalide ülekandmisel erinevate neuronite vahel. Seda tüüpi ioonkanalid asuvad postsünaptilises otsas.
Sissetuleva signaali korral vabastab sünaps teatud neurotransmitteri. See satub sünaptilisse tühimikku ja seostub saatja juhitavate ioonikanalite retseptoritega. See avab need ja muudab postsünapsi membraanipotentsiaali. Sõltuvalt olukorrast on sel juhul ergutav või pärssiv membraanipotentsiaal. See sõltub sellest, kas membraani potentsiaal on tõstetud või langetatud, ja selle määrab omakorda ioonide sissevool läbi saatja juhitava ioonikanali. Stimuleerivate ainete edastamine neuronis, see võib olla ajus või seljaajus, on loodud ioonkanalite kaudu. Näiteks on võimalik nägemisprotsess, aga ka stiimulite ülekandmine refleksis nagu hamstringrefleks.
Membraanipotentsiaali muutuse korral avanevad neuronite kaudu ioonikanalid. See loob muutunud membraanipotentsiaali ülekande mööda neuronit, mis sarnaneb doominoefektiga. Membraani pinge tekib seetõttu, et neuronis on negatiivne laeng ja rakuvälises piirkonnas positiivne laeng. Kui membraani pinge nn puhkepotentsiaal on ületatud, toimub membraani hüperpolariseerumine. See muudab membraani pinge veelgi negatiivsemaks. See juhtub ioonikanalite avanemise või ka sulgemise tõttu. Need ioonkanalid on kaaliumi, kaltsiumi, kloriidi ja naatriumi kanalid. Need on pingest sõltuvad, nii et nad avanevad või sulguvad sõltuvalt membraani potentsiaalist.
Seda protsessi nimetatakse tegevuspotentsiaaliks ja see jaguneb erinevateks etappideks. Esiteks on algatamisfaas. Sellele järgneb depolarisatsioon, millele järgneb repolarisatsioon, milles puhkepotentsiaal saavutatakse uuesti. Tavaliselt toimub hüperpolarisatsioon siiski enne repolarisatsiooni. Selle eesmärk on tagada, et vahetult pärast aktsioonipotentsiaali vallandumist ei aktiveerita edasist tegevuspotentsiaali ja et ilmneb püsiv stiimul. Ioonikanalitel on oluline roll ka osmoosi reguleerimisel ja happe-aluse tasakaalu hoidmisel kehas.
Haridus, esinemine, omadused ja optimaalsed väärtused
Nagu juba mainitud, on olemas aktiivseid ja passiivseid ioonkanaleid. Kuid neid saab eristada ka nende kontrollimise viisi alusel. Need on pingega juhitavad ioonkanalid, mida kasutatakse neuronites stiimulite edastamiseks. Neid saab juhtida ka ligandide abil, näiteks sünapside saatjaga juhitavad ioonkanalid signaalide edastamiseks teistesse neuronitesse või signaalide edastamiseks lihastesse.
Muud ioonkanalid on mehaaniliselt tundlikud kanalid. Neid reguleerivad sellised mehaanilised stiimulid nagu rõhk. Temperatuuri juhitavad ioonkanalid avatakse või suletakse, kui temperatuur on saavutatud. Ja valguse abil juhitavaid ioonkanaleid reguleerib teatud valguse lainepikkus. Selle näiteks on rodopsiin, mis on seotud kanaliga ja reguleerib seda. Need esinevad näiteks silmas ja on integreeritud visuaalsesse protsessi.
Haigused ja häired
Ioonkanaleid võivad mõjutada mõned haigused. Üks näide on väikeaju kaltsiumikanal. See defekt on epilepsia käivitaja. Teine näide on Lambert-Eatoni sündroom.
Patsientidel tekivad antikehad neuromuskulaarse otsaplaadi kaltsiumikanalite vastu. See on neuronite ja lihaste vahelise stiimuli ülekande piirkond. Signaalid nõrgenevad ja tekib lihasnõrkus. Mehed põevad seda seisundit sagedamini kui naised.
