ความเข้าใจทั่วไปเกี่ยวกับโครงสร้างและหน้าที่ของช่องไอออน ช่องเยื่อหุ้มเซลล์

คำอธิบายโดยย่อ:

ซาโซนอฟ วี.เอฟ. ช่องไอออนของเมมเบรน [ทรัพยากรอิเล็กทรอนิกส์] // นักกายภาพ, 2552-2560: [เว็บไซต์] วันที่อัปเดต: 31/01/2017..__.201_)

_การตรวจสอบช่องไอออนของเมมเบรน คำจำกัดความของแนวคิดของ "ช่องไอออน" โครงสร้าง คุณสมบัติ ฟังก์ชัน สถานะการทำงาน การจำแนกประเภทฟังก์ชัน

การแนะนำ

ช่องไอออน (IC) ของเยื่อหุ้มเซลล์มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อชีวิตของเซลล์ พวกเขารับประกันการแลกเปลี่ยนสสาร พลังงาน และข้อมูลระหว่างเซลล์และสิ่งแวดล้อม กระบวนการกระตุ้นและการยับยั้งในระบบประสาทและกล้ามเนื้อเริ่มต้นและได้รับการสนับสนุนจากพวกมัน (ร่วมกับตัวรับโมเลกุลอื่น ๆ ) ช่วยให้มั่นใจในการรับรู้ของเซลล์จากภายนอก สัญญาณ ด้วยความช่วยเหลือของ IR สัญญาณควบคุมจะถูกส่งเข้าสู่เซลล์จากสภาพแวดล้อม IR ทำหน้าที่ส่งสัญญาณกระตุ้นซินแนปติกจากเซลล์ประสาทที่ถูกกระตุ้นไปยังเซลล์อื่น โดยสรุป เราสามารถพูดได้ว่ากระบวนการทางสรีรวิทยาที่สำคัญที่สุดในร่างกายเกือบทั้งหมดเริ่มต้นด้วยช่องไอออนและได้รับการสนับสนุนจากไอออนเหล่านั้น!

ความหมายของแนวคิด ช่องไอออนของเมมเบรน - เป็นหลอดโปรตีนขนาดเล็กที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางต่างกันสอดเข้าไปในเยื่อหุ้มเซลล์ซึ่งไอออนสามารถเคลื่อนที่เข้าหรือออกจากเซลล์ได้ การเคลื่อนที่ของไอออนผ่านช่องไอออนทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของไอออนภายในและภายนอกเซลล์ รวมถึงการเปลี่ยนแปลงศักย์ไฟฟ้าของเมมเบรน การเคลื่อนตัวของแคลเซียมไอออนเข้าสู่เซลล์ผ่านทางช่องแคลเซียม

ดังนั้น ช่องไอออน (IC) จึงเป็นโครงสร้างโปรตีนของเมมเบรนที่ซับซ้อน ซึ่งเจาะทะลุเยื่อหุ้มเซลล์ในแนวขวางในรูปแบบของหลายวงและก่อตัวเป็นรูทะลุ (รูพรุน) ในเมมเบรน โปรตีนแชนเนลประกอบด้วยหน่วยย่อยที่สร้างโครงสร้างที่มีโครงสร้างเชิงพื้นที่ที่ซับซ้อนซึ่งนอกเหนือจากรูขุมขนแล้วยังมีระบบโมเลกุลเพิ่มเติมอีกด้วย: การเปิด, การปิด, การเลือกสรร, การปิดใช้งาน, การรับและการควบคุม ไอซีไม่สามารถมีได้เพียงแห่งเดียว แต่มีหลายไซต์ (ไซต์) สำหรับการจับกับสารควบคุม (ลิแกนด์)

ช่องไอออนสามารถคิดได้ว่าเป็น กลไกการขนส่งเพื่อให้มั่นใจถึงการเคลื่อนที่ของไอออนระหว่างไซโตพลาสซึมของเซลล์และสภาพแวดล้อมภายนอก

นอกจาก IR แล้ว ยังมีระบบการขนส่งอื่น ๆ ในเมมเบรนสำหรับการถ่ายโอนสารต่าง ๆ ผ่านมัน (ดูกลไกการขนส่งของเมมเบรน) ดังนั้นการถ่ายโอนสารจึงสามารถทำได้เป็นพิเศษ ขนส่งโปรตีน , หรือ ทรานสโลเคส - Translocases เป็นแนวคิดที่แตกต่างจาก IR เล็กน้อย ไม่เหมือน ช่องเมมเบรน, ทรานสโลเคสระหว่างการถ่ายเทสารผ่านเมมเบรน มีปฏิสัมพันธ์โดยที่มันเป็นลิแกนด์และในเวลาเดียวกันก็ผ่าน การเปลี่ยนแปลงโครงสร้าง- ในแง่ของจลนศาสตร์การถ่ายโอนสารโดยใช้ทรานส์โลเคสในรูปแบบของการแพร่กระจายที่อำนวยความสะดวกนั้นคล้ายกับปฏิกิริยาของเอนไซม์

คำจำกัดความแบบง่าย:

ช่องไอออนคือรูพรุน (รู) ในเยื่อหุ้มไขมันของเซลล์ ซึ่ง "เรียงราย" รอบขอบด้วยด้ายโปรตีนเพื่อไม่ให้รูปิดกัน รูขุมขนเหล่านี้อาจกว้างขึ้นหรือแคบลง: ไม่ว่าจะเกิดขึ้นเองหรือภายใต้อิทธิพลบางอย่าง ช่องอาจมีโครงสร้างที่แตกต่างกัน ดังนั้นช่องประเภทต่างๆ จึงมีโครงสร้างที่แตกต่างกันการซึมผ่าน,หัวกะทิและการควบคุม

ดังนั้นช่องไอออนจึงเป็นโปรตีนสำคัญที่สร้างรูพรุนในเมมเบรนเพื่อแลกเปลี่ยนไอออน K + , Na + , H + , Ca 2+ , Cl - เช่นเดียวกับน้ำระหว่างเซลล์และสิ่งแวดล้อมและ สามารถเปลี่ยนการซึมผ่านได้

Aquaporins - ช่องเยื่อไม่มีไอออนิกของน้ำ

นอกจากนี้ยังมีช่องที่ไม่มีไอออนในเมมเบรนด้วย ตัวอย่างเช่น, อะควาพอริน- สิ่งเหล่านี้มีความพิเศษ ช่องน้ำที่ให้น้ำไหลผ่านได้ นี้ด้วย เมมเบรนช่องแม้ว่าจะไม่สามารถเรียกอย่างเป็นทางการว่า "ช่องไอออน" ได้

โครงสร้างเชิงพื้นที่ของโปรตีนช่องอะควาพอรินเป็นช่องทรงกระบอกที่โมเลกุลของน้ำเคลื่อนที่ น้ำและน้ำเท่านั้นที่ไหลผ่านได้ แต่ไม่ใช่ไอออน กรดอะมิโนในโปรตีนนี้ถูกจัดเรียงในลักษณะที่ขั้วของสนามไฟฟ้าสถิตที่สร้างขึ้นจะกลับกันที่กึ่งกลางของช่อง ดังนั้นโมเลกุลของน้ำเมื่อถึงกลางช่องให้พลิกกลับเพื่อให้โมเมนต์ไดโพลในส่วนบนและล่างของช่องหันไปในทิศทางตรงกันข้าม การปรับทิศทางใหม่นี้จะป้องกันไม่ให้ไอออนที่มีประจุรั่วไหลผ่านช่องดังกล่าว อควาพอรินไม่ยอมให้ไอออนของไฮโดรเนียม H3O+ ผ่านไปได้ (นั่นคือ โปรตอนไฮเดรต หรือไอออนของไฮโดรเจน) ซึ่งความเข้มข้นของไอออนนี้จะเป็นตัวกำหนดความเป็นกรดของตัวกลาง ในเวลาเดียวกัน “ไปป์ไลน์” ของเยื่อหุ้มเซลล์มีความสามารถในการรับส่งข้อมูลที่น่าทึ่ง โดยส่งผ่านโมเลกุลของน้ำได้มากถึงพันล้านโมเลกุลต่อวินาที ขณะนี้มีโปรตีนช่องทางน้ำประมาณ 200 สายพันธุ์ที่รู้จักในพืชและสัตว์ รวมถึง 11 ชนิดในมนุษย์ ต้องขอบคุณอะควาพอริน เซลล์ไม่เพียงแต่ควบคุมปริมาตรและความดันภายในเท่านั้น แต่ยังทำหน้าที่สำคัญเช่นการดูดซึมน้ำในไตของสัตว์และรากพืชอีกด้วย

ปัจจุบันในอณูชีววิทยา ระยะเวลาเชิงพรรณนาในการศึกษาความหลากหลายของช่องไอออนที่ขนส่งไอออนบวกในเซลล์ยูคาริโอตได้เสร็จสิ้นไปเป็นส่วนใหญ่แล้ว ตอนนี้ปัญหาการรับรู้มาถึงข้างหน้า กลไกการควบคุมช่องไอออนและคำอธิบายการมีส่วนร่วมในปฏิกิริยาของเซลล์ที่มีชีวิตต่ออิทธิพลและการเปลี่ยนแปลงต่างๆ ในสภาพแวดล้อมจุลภาคของมัน

การลำเลียงไอออนที่มีการควบคุมผ่านรูพรุนที่ชอบน้ำของเมมเบรนโดยใช้ IR ที่ควบคุมนั้นเป็นคุณสมบัติที่สำคัญที่สุดของเซลล์ที่มีชีวิต ทั้งแบบกระตุ้นด้วยไฟฟ้าและแบบไม่กระตุ้น

ในเรื่องนี้ขอแนะนำให้ใช้อย่างแน่นอน หลักการบริหารจัดการ กิจกรรมของพวกเขา หลักการควบคุมสถานะของช่องไอออนเป็นพื้นฐานสำหรับ () การจำแนกประเภทการทำงานของช่องไอออนที่เราเสนอ

วิดีโอ:ช่องไอออนในเมมเบรน

โครงสร้างอินฟราเรด

ไอซีประกอบด้วยโปรตีนที่มีโครงสร้างที่ซับซ้อน (โปรตีนที่สร้างช่อง) การแสดงแผนผังของ IR มีดังต่อไปนี้:

รูปทางด้านขวาแสดงช่องโซเดียมเมื่อมองจากด้านบน จากด้านนอกของเมมเบรน (ที่มา: Horn R. (2011) มองเข้าไปในประกายแห่งชีวิต ธรรมชาติ 475, 305–306)

โปรตีน IR มีโครงสร้างที่แน่นอน โดยสร้างรูพรุนของเมมเบรน และถูก "เย็บ" เข้าไปในชั้นไขมันของเมมเบรน คอมเพล็กซ์โปรตีนแชนเนลสามารถประกอบด้วยโมเลกุลโปรตีนหนึ่งโมเลกุลหรือหน่วยย่อยของโปรตีนหลายหน่วย มีโครงสร้างที่เหมือนกันหรือต่างกัน หน่วยย่อยเหล่านี้สามารถเข้ารหัสได้ด้วยยีนต่างๆ สังเคราะห์แยกกันบนไรโบโซม จากนั้นจึงประกอบกันเป็นช่องสัญญาณที่สมบูรณ์ ในอีกกรณีหนึ่ง ช่องอาจเป็นโพลีเปปไทด์เดี่ยวที่ผ่านเมมเบรนหลายครั้งในรูปแบบของลูป ในตอนต้นของศตวรรษที่ 21 มีการรู้จักโปรตีนที่สร้างช่องสัญญาณมากกว่า 400 ชนิดสำหรับการสังเคราะห์ทางชีวภาพซึ่งใช้จีโนมมนุษย์ 1-2%

โดเมนคือแต่ละส่วนที่มีรูปแบบกะทัดรัดของโปรตีนแชนเนลหรือหน่วยย่อย ส่วนต่างๆ เป็นส่วนหนึ่งของโปรตีนที่สร้างช่องซึ่งถูกขดและต่อเข้ากับเมมเบรน โดเมนส่วนปลายของโปรตีนแชนเนลฟอร์เมอร์ (โดเมนปลาย N และ C) สามารถยื่นออกมาจากเมมเบรนทั้งภายนอกและภายในเซลล์

ไอซีเกือบทั้งหมดมีอยู่ในหน่วยย่อยของมัน ขอบเขตการกำกับดูแลสามารถจับกับสารควบคุมต่างๆ (โมเลกุลควบคุม) และด้วยเหตุนี้จึงเปลี่ยนสถานะหรือคุณสมบัติของช่องสัญญาณ ใน IR ที่กระตุ้นด้วยแรงดันไฟฟ้า หนึ่งในส่วนของเมมเบรนประกอบด้วยชุดกรดอะมิโนพิเศษที่มีประจุบวกและทำงานเป็น เซ็นเซอร์ศักย์ไฟฟ้าเมมเบรน เมื่อมีการเปลี่ยนแปลงที่อาจเกิดขึ้น เซ็นเซอร์ดังกล่าวจะเปลี่ยนสถานะของช่องจากเปิดเป็นปิดหรือในทางกลับกัน ดังนั้น IC จึงสามารถควบคุมได้ด้วยอิทธิพลภายนอกบางประการซึ่งเป็นคุณสมบัติที่สำคัญ

IC อาจรวมถึง หน่วยย่อยเสริมทำหน้าที่ปรับโครงสร้างหรือทำให้เสถียร หน่วยย่อยประเภทหนึ่งอยู่ในเซลล์ ซึ่งอยู่ในไซโตพลาสซึมทั้งหมด และหน่วยย่อยที่สองเป็นหน่วยย่อยที่เกาะติดกับเยื่อหุ้มเซลล์ เนื่องจาก พวกมันมีโดเมนของเมมเบรนที่ขยายเมมเบรน

ขึ้นอยู่กับโครงสร้างของ IC สามารถจำแนกประเภทได้ซึ่งจะกล่าวถึงด้านล่าง

คุณสมบัติของไออาร์

หัวกะทิ - นี่คือความสามารถในการซึมผ่านของ IR ที่เพิ่มขึ้นแบบเลือกสรรสำหรับไอออนบางตัว สำหรับไอออนอื่นๆ การซึมผ่านจะลดลง การคัดเลือกนี้ถูกกำหนดไว้ ตัวกรองแบบเลือกสรร- จุดที่แคบที่สุดของรูขุมขนช่อง ตัวกรองนอกเหนือจากขนาดที่แคบแล้วอาจมีประจุไฟฟ้าในพื้นที่ด้วย ตัวอย่างเช่น ช่องคัดเลือกแคตไอออนมักจะมีกรดอะมิโนที่มีประจุลบในโมเลกุลโปรตีนในบริเวณตัวกรองแบบเลือกสรร ซึ่งดึงดูดแคตไอออนบวกและขับไล่แอนไอออนลบ เพื่อป้องกันไม่ให้พวกมันผ่านรูพรุน

ควบคุมการซึมผ่านได้ - นี่คือความสามารถของ IR เพื่อเปิดหรือปิดภายใต้การควบคุมบางอย่างบนช่องสัญญาณ เห็นได้ชัดว่าช่องปิดมีความสามารถในการซึมผ่านลดลง และช่องเปิดมีความสามารถในการซึมผ่านเพิ่มขึ้น ขึ้นอยู่กับคุณสมบัตินี้ IC สามารถจำแนกได้ขึ้นอยู่กับวิธีการเปิด: ตัวอย่างเช่น กระตุ้นแรงดันไฟฟ้า กระตุ้นลิแกนด์ เป็นต้น

การปิดใช้งาน - นี่คือความสามารถของ IR หลังจากค้นพบระยะหนึ่งในการลดการซึมผ่านโดยอัตโนมัติแม้ในกรณีที่ปัจจัยกระตุ้นที่ค้นพบยังคงทำงานอยู่

การปิดใช้งานอย่างรวดเร็วเป็นกระบวนการพิเศษที่มีกลไกพิเศษของตัวเอง แตกต่างจากการปิดช่องสัญญาณอย่างช้า (การปิดใช้งานช้า) การปิด (การปิดใช้งานช้า) ของช่องเกิดขึ้นเนื่องจากกระบวนการตรงข้ามกับกระบวนการที่รับประกันการเปิด เช่น เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของแชนเนลโปรตีน แต่ตัวอย่างเช่นในช่องที่เปิดใช้งานแรงดันไฟฟ้าการปิดใช้งานอย่างรวดเร็วเกิดขึ้นด้วยความช่วยเหลือของโมเลกุลพิเศษ "ปลั๊กปลั๊ก" ซึ่งชวนให้นึกถึงปลั๊กบนโซ่ซึ่งมักใช้ในห้องอาบน้ำ ปลั๊กนี้เป็นห่วงกรดอะมิโน (โพลีเปปไทด์) ที่มีความหนาที่ปลายในรูปของกรดอะมิโน 3 ตัว ซึ่งเสียบปากภายในของช่องจากด้านไซโตพลาสซึม นั่นคือสาเหตุที่ IR ที่ขึ้นกับแรงดันไฟฟ้าสำหรับโซเดียม ซึ่งรับประกันการพัฒนาศักยภาพในการดำเนินการและการเคลื่อนที่ของแรงกระตุ้นของเส้นประสาท สามารถปล่อยให้ไอออนของโซเดียมเข้าไปในเซลล์ได้เพียงไม่กี่วินาที จากนั้นไอออนจะถูกปิดโดยอัตโนมัติด้วยปลั๊กโมเลกุลของพวกมัน แม้ว่าที่จริงแล้วการสลับขั้วที่เปิดพวกมันยังคงดำเนินต่อไป กลไกอีกประการหนึ่งของการปิดใช้งาน IR อาจเป็นการปรับเปลี่ยนปากภายในเซลล์ของช่องสัญญาณโดยหน่วยย่อยเพิ่มเติม

ล็อค - นี่คือความสามารถของ IR ภายใต้อิทธิพลของการปิดกั้นสารในการแก้ไขสถานะใดสถานะหนึ่งของตนและไม่ตอบสนองต่ออิทธิพลของการควบคุมทั่วไป ในสถานะนี้ ช่องจะหยุดให้การตอบสนองต่ออินพุตควบคุม เรียกว่าการบล็อก การปิดกั้นสารซึ่งอาจเรียกได้ว่า คู่อริ, บล็อคเกอร์หรือ ไลติกส์.

คู่อริ- สารเหล่านี้เป็นสารที่รบกวนการทำงานของสารอื่นใน IR สารดังกล่าวสามารถจับกับบริเวณตัวรับของ IR ได้ดี แต่ไม่สามารถเปลี่ยนสถานะของช่องหรือทำให้เกิดการตอบสนองได้ ซึ่งส่งผลให้เกิดการปิดล้อมตัวรับและรวมถึงการปิดล้อมของ IR ควรจำไว้ว่าคู่อริไม่จำเป็นต้องทำให้เกิดการปิดล้อมตัวรับและ IR อย่างสมบูรณ์ พวกเขาสามารถทำหน้าที่ได้น้อยลงและยับยั้งการทำงานของช่องสัญญาณเท่านั้น แต่อย่าหยุดมันอย่างสมบูรณ์

agonists-antagonists- สารเหล่านี้เป็นสารที่มีผลกระตุ้นการกระตุ้นตัวรับเล็กน้อย แต่ในขณะเดียวกันก็ขัดขวางการทำงานของสารควบคุมภายนอกตามธรรมชาติ

2. มีการควบคุมศักยภาพ (ไวต่อศักย์ไฟฟ้า, ขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้า, กระตุ้นศักย์ไฟฟ้า, มีรั้วรอบขอบชิดแรงดันไฟฟ้า) ดังนั้น ช่องโซเดียมที่ควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้าจะเปิดภายใต้อิทธิพลของการเปลี่ยนแปลงในศักย์ไฟฟ้าของเมมเบรนที่เกินระดับวิกฤตของดีโพลาไรเซชัน ดังนั้นเมื่อถึงระดับเกณฑ์หนึ่งของการเปลี่ยนขั้วของเมมเบรน พวกมันจะเปิดขึ้น และเมื่อระดับของการเปลี่ยนขั้วของเมมเบรนลดลงในทิศทางตรงกันข้าม พวกมันจะถูกปิด แต่สิ่งสำคัญคือต้องรู้ว่าก่อนที่ระดับดีโพลาไรเซชันจะลดลงแบบย้อนกลับ ช่องเหล่านี้จะถูกปิดด้านในด้วย "ปลั๊ก" โปรตีนพิเศษ และสิ่งนี้จะเกิดขึ้นโดยอัตโนมัติ โดยไม่คำนึงถึงการเปลี่ยนแปลงในการดีโพลาไรเซชัน เป็นผลให้โซเดียมไอซีที่ควบคุมแรงดันไฟฟ้าอยู่ในสถานะเปิดเพียงไม่กี่มิลลิวินาที จากนั้นจึงปิดด้วย "ปลั๊ก" เช่น ถูกปิดการใช้งาน ในที่สุดพวกเขาก็เข้าสู่สถานะปิดเมื่อมีการเปลี่ยนขั้วและฟื้นฟูศักยภาพในการพักตัว ทั้งที่มีการดัดแปลงทางเคมีและเภสัชวิทยาของ IR ดังกล่าว พวกมันยังคงรักษากลไกพื้นฐานของการกระตุ้นและการปิดใช้งานเพื่อตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงศักย์ของเมมเบรน ซึ่งจะกำหนดการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วในการซึมผ่านของประจุบวกของเมมเบรนที่ถูกกระตุ้นเนื่องจาก IR ที่ควบคุมแรงดันไฟฟ้า โซเดียม IR ที่ควบคุมแรงดันไฟฟ้าประเภทนี้รับประกันการเคลื่อนไหวของแรงกระตุ้นเส้นประสาทไปตามเยื่อหุ้มเซลล์ประสาท (ดู: ศักยภาพในการดำเนินการและแรงกระตุ้นเส้นประสาท) ฉันเปิดช่องโซเดียมที่มีรั้วรอบขอบชิดด้วยแรงดันไฟฟ้าที่ระดับ CUD เช่น -55mV พวกมันสร้างศักยภาพในการดำเนินการและแรงกระตุ้นของเส้นประสาท

ตัวอย่าง: ต ช่องโซเดียมที่ไวต่อเอทโรโดทอกซิน, ช่อง K ที่กระตุ้นด้วยแรงดันไฟฟ้า, ช่องวงจรเรียงกระแสที่ล่าช้าของโพแทสเซียม Kdr, ช่องแคลเซียมของเทอร์มินัลพรีไซแนปติกแอกซอน.

รูปภาพทางด้านขวาแสดงแผนผังการทำงานของ IR ที่ควบคุมแรงดันไฟฟ้า (คลิกที่ภาพเพื่อดูกระบวนการในไดนามิก)

3. คีโม-จัดการ (ไวต่อสารเคมี, ขึ้นอยู่กับเคมี, ลิแกนด์รั้วรอบขอบชิด, ขึ้นอยู่กับลิแกนด์, กระตุ้นการทำงานของรีเซพเตอร์) พวกมันจะเปิดขึ้นเมื่อลิแกนด์เฉพาะ (สารควบคุม: ตัวส่งสัญญาณหรือการเลียนแบบ) จับกับบริเวณตัวรับของช่องสัญญาณ ช่องสัญญาณดังกล่าวมักจะถูกแปลเป็นภาษาท้องถิ่นที่ไซแนปส์เคมีบนเยื่อโพสต์ไซแนปติก และแปลงสัญญาณเคมีที่เกิดจากการปล่อยสารสื่อประสาทพรีไซแนปติกไปเป็นศักย์ไฟฟ้าเฉพาะจุดแบบโพสต์ซินแนปติก ดู: ศักยภาพในท้องถิ่น, 3_3 ไซแนปส์ ไซแนปส์ เครื่องส่ง และโมดูเลเตอร์

ตัวอย่าง: ช่องที่มีตัวรับนิโคตินิกอะซิติลโคลีน nAChR), ตัวรับเซโรโทนิน (5-HT3), ไกลซีน, ตัวรับ GABA (GABAA และ GABAC)

รูปทางด้านขวาแสดงช่องไอออนที่มีรั้วรอบขอบชิดลิแกนด์ซึ่งมีตัวรับนิโคตินิกอะซิติลโคลีน (นิโคตินเป็นตัวเลียนแบบ ส่วนอะซิติลโคลีนเป็นตัวส่งสัญญาณ) ช่องประกอบด้วย 5 หน่วยย่อยและมีรูขุมขนอยู่ตรงกลาง ด้านบนเป็นภาพตัดขวางของหน่วยย่อยเหล่านี้: a1, a2, b, g, d ด้านล่างนี้เป็นส่วนของหน่วยย่อยที่ประกอบเป็น "ระบบประตู" ของช่อง ลำดับกรดอะมิโนของ M2 a-helix ใน b- และ d- ถูกนำเสนอ จากหน่วยย่อย 5 หน่วยที่ก่อตัวเป็นรูพรุน มีเพียง 4 หน่วยเท่านั้นที่ถูกแสดง และหน่วยที่ใกล้ที่สุดถูกเอาออก เพื่อให้มองเห็นบริเวณ M2 ที่เรียงรายอยู่ในช่องไอออนและประตู จะเห็นได้ว่าโมเลกุลโปรตีนส่วนใหญ่ขยายออกไปเกินพื้นผิวด้านนอกของพลาสมาเมมเบรน ทำให้เกิดตัวรับโมเลกุลสำหรับลิแกนด์ หน่วยย่อย a แต่ละหน่วยมีจุดศูนย์กลางการจับสำหรับอะเซทิลโคลีน ดังนั้นโมเลกุลลิแกนด์ 2 ตัว (สารสื่อประสาทหรือสารสื่อประสาท) จึงสามารถติดต่อกับตัวรับได้ ประตูที่อยู่ภายในรูพรุนจะเปิดขึ้นเมื่ออะซิติลโคลีนจับกับบริเวณตัวรับของช่อง กลูตามีนและกรดอะมิโนแอสปาร์ติกที่มีประจุลบซึ่งมีประจุลบ (เน้นด้วยสีน้ำเงิน) อยู่ที่ปลายทั้งสองด้านของเอนริเก้ M2 กล่าวคือ ที่รูพรุนทั้งสองข้างซึ่งป้องกันไม่ให้ประจุลบเข้าไปในช่องและไอออนบวก Na + และ K + เมื่อปิดก็สามารถผูกไว้ในช่องได้

วิดีโอ:การทำงานของช่องไอออนแบบมีรั้วรอบขอบชิดด้วยเคมี (ลิแกนด์-รั้ว)

4. ควบคุมด้วยการกระตุ้น (ไวต่อกลไก, ไวต่อกลไก, ไวต่ออุณหภูมิ, ไวต่ออุณหภูมิ)

พวกมันเปิดภายใต้อิทธิพลของสิ่งเร้าที่เฉพาะเจาะจงและเพียงพอ (ระคายเคือง) ช่องดังกล่าวให้การรับรู้ทางประสาทสัมผัสและอยู่ในเยื่อหุ้มเซลล์ของตัวรับความรู้สึก

ตัวอย่าง: IR ที่ไวต่อกลไกเซลล์ขนของตัวรับที่ให้การรับรู้ทางเสียง IR ที่ไวต่ออุณหภูมิตัวรับความร้อนของผิวหนังที่ให้การรับรู้ความร้อนและความเย็น

ปัจจุบัน IRs ที่ไวต่อกลไกที่ควบคุมด้วยการกระตุ้นนั้นไม่เพียงพบในโครงสร้างตัวรับกลไกเฉพาะเท่านั้น แต่ยังพบในเยื่อหุ้มของแบคทีเรีย เชื้อรา พืช สัตว์มีกระดูกสันหลัง และสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังด้วย ช่องทางที่ไวต่อกลไกไม่เพียงแต่เป็นสื่อกลางในการรับรู้ทางประสาทสัมผัสของการกระตุ้นทางกลเท่านั้น แต่ยังเกี่ยวข้องกับการควบคุมวัฏจักรของเซลล์ การควบคุมปริมาตรและการเจริญเติบโตของเซลล์ การหลั่ง และภาวะเอนโดโทซิส

ช่อง TRP ในเมมเบรนของตัวรับความร้อนที่ผิวหนังทำให้เกิดการถ่ายเทความร้อน โดยเปิดที่อุณหภูมิต่างกัน พวกมันยอมให้แคตไอออนผ่านได้ โดยเฉพาะแคลเซียมไอออน

5. จัดการร่วมกัน (คอมเพล็กซ์ช่องรับตัวรับ NMDA) พวกมันถูกเปิดพร้อมกันโดยทั้งลิแกนด์และศักย์ไฟฟ้าของเมมเบรน เราสามารถพูดได้ว่าพวกเขามีการควบคุมแบบคู่

ตัวอย่าง: คอมเพล็กซ์ช่องรับตัวรับ NMDAซึ่งมีระบบควบคุมที่ซับซ้อนซึ่งรวมถึงไซต์ตัวรับ 8 แห่งซึ่งลิแกนด์ต่างๆสามารถจับได้

6. ทางอ้อม-จัดการ (Secondary-gated, ion-actived, ion-gated, messenger-gated, metabotropic receptor-gated) พวกเขาเปิดและปิดไม่อยู่ภายใต้อิทธิพลของสัญญาณภายนอกโดยตรง แต่เนื่องจากอิทธิพลทางอ้อมต่อสัญญาณเหล่านั้น ภายในเซลล์ผู้ส่งสารรอง(แคลเซียมไอออน Ca 2+, cAMP, cGMP, IP3, ไดอะซิลกลีเซอรอล) กลไกหลักของการควบคุมดังกล่าวคือ ฟอสโฟรีเลชั่น ช่องไอออนที่ด้านในของเมมเบรน

การควบคุมที่สื่อกลางโดยผู้ส่งสารรองนั้นไม่ใช่ทางตรง แต่เป็นเรื่องรอง มันไม่ได้ขึ้นอยู่กับสัญญาณที่มีอิทธิพลภายนอกเท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับการมีอยู่ ความเข้มข้น และกิจกรรมของผู้ส่งสารรองด้วย สัญญาณทริกเกอร์สำหรับการเริ่มต้นกระบวนการนี้อาจส่งผลกระทบต่อสิ่งที่เรียกว่า ตัวรับเมตาโบโทรปิกซึ่งไม่เกี่ยวข้องกับโครงสร้างของช่องไอออนควบคุมและตั้งอยู่บนเมมเบรนที่แยกจากช่องไอออนนั้น ผลกระทบต่อตัวรับเมตาโบโทรปิกทำให้ความเข้มข้นของผู้ส่งสารตัวที่สองในเซลล์เพิ่มขึ้น เหล่านี้คือไอออน Ca 2+, cAMP, cGMP, IP3, ไดอะซิลกลีเซอรอล พวกมันกระตุ้นเอนไซม์ไคเนสโปรตีนที่เกี่ยวข้อง: A-kinase (ขึ้นอยู่กับแคมป์), G-kinase (ขึ้นอยู่กับ cGMP), B-kinase (ขึ้นอยู่กับแคลเซียม-calmodulin) หรือ C-kinase (ขึ้นอยู่กับแคลเซียม-ฟอสโฟไลปิด) ในทางกลับกัน เยื่อหุ้มเซลล์ IR ของไคเนสฟอสโฟรีเลทที่ถูกกระตุ้นจากภายในเซลล์คือ มีการเติมฟอสเฟตลงไป เป็นผลให้ช่องสามารถย้ายไปยังสถานะใหม่เป็นเวลานาน (เปิดหรือในทางกลับกันปิด) หลังจากที่ฟอสเฟตถูกตัดออกโดยเอนไซม์ฟอสฟาเตส ช่องนี้จะกลับสู่สถานะก่อนหน้า ในบางกรณี สารส่งสารรอง เช่น จีโปรตีน ในรูปแบบของหน่วยย่อยเบต้าแกมมาที่ใช้งานอยู่ สามารถเกาะติดกับช่องไอออนและเปลี่ยนสถานะได้ ตัวอย่างเช่น ช่องโพแทสเซียมสามารถเปิด (กระตุ้น) ได้เมื่ออะซิติลโคลีนกระตุ้นตัวรับมัสคารินิกที่ควบคู่กับโปรตีน G

ตัวอย่าง: Ca 2+ - ช่องคลอไรด์ที่เปิดใช้งาน, ช่องโพแทสเซียมที่เปิดใช้งานแคลเซียม, ช่องโซเดียมที่เปิดใช้งาน cGMP ของแท่งจอประสาทตา.

ตัวอย่างเช่น ไอออนเป็นสื่อกลาง เปิดใช้งานแคลเซียม ช่องคลอรีน เป็นหนึ่งในองค์ประกอบหลักของระบบการหลั่งของเยื่อบุผิว การถ่ายโอนประสาทสัมผัส การควบคุมความตื่นเต้นของระบบประสาทและการเต้นของหัวใจในสัตว์ ในเซลล์พืช ช่องคลอไรด์ที่กระตุ้นแคลเซียม รับผิดชอบสถานะของ turgor ของเซลล์ เมื่อความเข้มข้นของแคลเซียมไอออนภายในเซลล์เพิ่มขึ้น ช่องเหล่านี้จะเปิดและเริ่มปล่อยให้ไอออนคลอไรด์ผ่านไป

อย่างเป็นทางการ ช่องสัญญาณทั้งหมดที่ถูกควบคุม "จากภายใน" ด้วยความช่วยเหลือของคนกลาง - ผู้ส่งสารรอง - สามารถจำแนกได้อย่างเป็นทางการว่าเป็นช่องไอออนที่มีการควบคุมทางอ้อม (ควบคุมโดยผู้ส่งสาร) วิธีการควบคุมนี้มักจะเสริมกับ "การควบคุมภายนอก" และปรากฎว่าช่องทางส่วนใหญ่จากกลุ่มอื่น ๆ ของการจำแนกประเภทการทำงานของเราเป็นของช่องทางที่ควบคุมโดย Messenger ตัวอย่างเช่น ไอซีทั้งหมดที่สามารถถูกฟอสโฟรีเลชั่นได้

7. ขับเคลื่อนด้วยแอคติน (ช่องที่ควบคุมโดยแอกติน, ช่องที่มีรั้วรอบขอบชิดแบบแอกติน) พวกมันเปิดและปิดเนื่องจากการถอดและประกอบไมโครฟิลาเมนต์ใกล้เมมเบรนโดยมีส่วนร่วมของโปรตีนที่จับกับแอกติน

ใน เซลล์ที่ไม่สามารถกระตุ้นด้วยไฟฟ้าการกระตุ้นและการปิดใช้งานช่องโซเดียมที่ไม่ขึ้นกับแรงดันไฟฟ้าแบบ actin-gated ถูกควบคุมโดยกระบวนการถอดและประกอบไมโครฟิลาเมนต์ใกล้เมมเบรนโดยมีส่วนร่วมของโปรตีนที่จับกับแอกติน องค์ประกอบของ Actin cytoskeletal ดูเหมือนจะเป็นส่วนสำคัญของกลไก gating ที่ไม่ขึ้นกับแรงดันไฟฟ้าซึ่งควบคุมการเปิดและปิดช่องสัญญาณ มันคือการประกอบไมโครฟิลาเมนต์ที่ด้านไซโตพลาสซึมของเมมเบรนที่นำไปสู่การหยุดการทำงานของช่องดังกล่าว

8. คอนเน็คซันส์ (รูขุมขนสองเท่า) พวกมันสร้างช่องทางต่อเนื่องแบบ end-to-end ในเมมเบรนของเซลล์ที่สัมผัสกันผ่านเมมเบรนสองตัวทันทีในบริเวณรอยต่อช่องว่างสำหรับการแลกเปลี่ยนสารระหว่างเซลล์เหล่านี้ สัญญาณไฟฟ้า กรดอะมิโน และโมเลกุลขนาดเล็กของสารควบคุม ได้แก่ cAMP, InsP 3, อะดีโนซีน, ADP และ ATP ถูกส่งผ่านส่วนเชื่อมต่อ ประกอบด้วยหน่วยย่อยโปรตีน 6 หน่วย (คอนเน็กซิน) ซึ่งมีชีวิตอยู่เพียงไม่กี่ชั่วโมง คอนเน็คซินส์- เหล่านี้เป็นโปรตีนเมมเบรนแบบโพลีโทปิกที่ปักครอสติชเมมเบรน 4 ครั้งมีลูปนอกเซลล์สองอัน (EL-1 และ EL-2), ลูปไซโตพลาสซึม (CL) ที่มี N-terminus (AT) และ C-terminus ( CT) ยื่นเข้าไปในไซโตพลาสซึม สภาพแวดล้อมภายในของเซลล์ข้างเคียงเชื่อมต่อกันผ่านจุดเชื่อมต่อ

Connexons เป็นช่อง "ที่ไม่มีรั้วรอบขอบชิดโดยเฉพาะ" สถานะของพวกมันถูกควบคุมโดย pH, ศักย์ไฟฟ้า, ไอออน Ca 2+, ฟอสโฟรีเลชั่น และปัจจัยอื่นๆ

Connexons พบได้ในเซลล์เกือบทุกประเภท

9. “ผู้ขนส่งที่ต้องพึ่งพาพลังงาน” (ปั๊มไอออน, ปั๊มไอออน, เครื่องแลกเปลี่ยนไอออน, ตัวขนส่ง) นี่คือกลุ่มพิเศษของรูพรุนแบบไดนามิกที่นำไอออนผ่านเมมเบรน ซึ่งไม่ได้จำแนกอย่างเป็นทางการว่าเป็น IR กิจกรรมของพวกเขาได้มาจากพลังงานของการสลาย ATP พวกมันถูกแสดงโดยโปรตีนเอนไซม์เมมเบรน ATPases ซึ่งดึงไอออนผ่านตัวเองอย่างแข็งขัน โดยใช้พลังงานของความแตกแยกของ ATP เพื่อการนี้ และให้แน่ใจว่ามีการขนส่งไอออนอย่างแข็งขันผ่านเมมเบรน แม้จะเทียบกับการไล่ระดับความเข้มข้นก็ตาม

ตัวอย่าง: ปั๊มโซเดียม-โพแทสเซียม, ปั๊มโปรตอน, ปั๊มแคลเซียม.

ตัวอย่างช่องไอออนประเภทต่างๆ

ช่องไอออนของตัวรับ Acetylcholine ligand-gated (ขึ้นอยู่กับคีโม)

รูปด้านซ้ายแสดงแบบจำลองโครงสร้างของอะเซทิลโคลีน IR ที่มีรั้วรอบขอบชิดลิแกนด์

เลือกสรร(ซึมผ่านไอออนได้เพียงชนิดเดียวเท่านั้น) โดยธรรมชาติของไอออนที่พวกมันผ่านช่อง Na+, Ca++, Cl-, K+;

ไม่เลือกสรร(ซึมผ่านไอออนได้หลายประเภท);

2) ตามวิธีการควบคุมแบ่งออกเป็น:

ขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้า(กระตุ้นด้วยไฟฟ้า, ควบคุมศักย์ไฟฟ้า)

มีศักยภาพเป็นอิสระ(กระตุ้นด้วยคีโม, (ขึ้นอยู่กับลิแกนด์-รีเซพเตอร์), ควบคุมด้วยคีโม)

ตื่นเต้นทางกลไก(ควบคุมด้วยกลไก)

พักผ่อนและศักยภาพในการดำเนินการ ทฤษฎีเมมเบรน-ไอออนเกี่ยวกับต้นกำเนิดของการพักตัวและศักยภาพในการดำเนินการ ความตื่นเต้นในท้องถิ่นและการแพร่กระจาย

เป็นที่ยอมรับกันว่าเยื่อหุ้มเซลล์ของสิ่งมีชีวิตใดๆ นั้นมีโพลาไรซ์ พื้นผิวด้านในเป็นอิเล็กโทรเนกาติวิตีเทียบกับเซลล์ด้านนอก ศักย์ไฟฟ้าของเมมเบรนคือ - (ลบ) 70 - (90) mV เมื่อตื่นเต้น ค่าของศักยภาพในการพักเริ่มต้นจะลดลงเมื่อมีการชาร์จเมมเบรน การก่อตัวและการบำรุงรักษาศักยภาพในการพักตัวเกิดจากการเคลื่อนที่อย่างต่อเนื่องของไอออนผ่านช่องไอออนของเมมเบรน ความแตกต่างที่มีอยู่อย่างต่อเนื่องในความเข้มข้นของแคตไอออนบนทั้งสองด้านของเมมเบรน และการทำงานอย่างต่อเนื่องของปั๊มโซเดียม-โพแทสเซียม . เนื่องจากการกำจัดโซเดียมไอออนออกจากเซลล์อย่างต่อเนื่องและการถ่ายโอนโพแทสเซียมไอออนเข้าสู่เซลล์ ความแตกต่างของความเข้มข้นของไอออนและโพลาไรเซชันของเมมเบรนจึงยังคงอยู่ ความเข้มข้นของโพแทสเซียมไอออนในเซลล์เกินความเข้มข้นนอกเซลล์ประมาณ 30 - 40 เท่า ความเข้มข้นนอกเซลล์ของโซเดียมจะมีขนาดสูงกว่าความเข้มข้นในเซลล์โดยประมาณ อิเลคโตรเนกาติวีตี้ของพื้นผิวด้านในของเมมเบรนเกิดจากการมีไอออนของสารประกอบอินทรีย์มากเกินไปในเซลล์ ค่าสัมบูรณ์ของศักยภาพในการพักตัว (ศักยภาพของเมมเบรน, ศักยภาพของเมมเบรน, ศักยภาพของโพแทสเซียมสมดุล) ถูกกำหนดโดยอัตราส่วนเป็นหลัก ของความเข้มข้นของโพแทสเซียมไอออนภายในและนอกเซลล์ และสมการนี้อธิบายได้อย่างน่าพอใจ เนิร์นสตา: (1)

ทฤษฎีสมัยใหม่ยังคำนึงถึง:

1) ความแตกต่างของความเข้มข้นของโซเดียม, คลอรีน, แคลเซียมไอออน;

2) การซึมผ่าน (P) ของเมมเบรนสำหรับแต่ละไอออน ณ เวลาปัจจุบัน

การมีอยู่ของศักยภาพในการพักทำให้เซลล์สามารถย้ายจากสภาวะการพักเชิงฟังก์ชันไปเป็นสภาวะการกระตุ้นได้เกือบจะในทันทีหลังจากการกระทำของสิ่งเร้า

การเกิดขึ้นของศักยภาพในการดำเนินการ (ดีโพลาไรซ์)

ฉัน - ศักยภาพของเมมเบรน

1 - ศักยภาพในการพัก, 2 - ดีโพลาไรเซชันช้า, 3 - ดีโพลาไรเซชันเร็ว, 4 - รีโพลาไรเซชันเร็ว, 5 - รีโพลาไรเซชันช้า, 6 - ไฮเปอร์โพลาไรซ์

II - ความตื่นเต้นง่าย

a – ปกติ, b – เพิ่มขึ้น, c – การหักเหของแสงสัมบูรณ์,

d - การหักเหของแสงสัมพัทธ์ d - ความเหนือธรรมชาติ

e -ความผิดปกติ

ศักยภาพในการออกฤทธิ์ (AP) พัฒนาขึ้นเมื่อมีโพลาไรเซชันของเมมเบรนเริ่มต้น (ศักยภาพในการพัก) เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงความสามารถในการซึมผ่านของช่องไอออน (โซเดียมและโพแทสเซียม) หลังจากการกระทำของสิ่งเร้า ศักยภาพในการพักจะลดลง การเปิดใช้งานช่องสัญญาณจะเพิ่มความสามารถในการซึมผ่านของไอออน โซเดียมซึ่งเข้าสู่เซลล์และรับรองกระบวนการดีโพลาไรเซชัน การเข้ามาของโซเดียมไอออนเข้าไปในเซลล์จะช่วยลดอิเล็กโตรเนกาติวีตี้ของพื้นผิวด้านในของเมมเบรน ซึ่งส่งเสริมการกระตุ้นการทำงานของช่องโซเดียมไอออนใหม่ และการเข้ามาของโซเดียมไอออนเข้าไปในเซลล์เพิ่มเติม กองกำลังในการทำงาน:

ก) แรงดึงดูดทางไฟฟ้าสถิตของกลุ่มประจุลบในเซลล์

b) การไล่ระดับความเข้มข้นของโซเดียมไอออนที่ส่งตรงเข้าสู่เซลล์

จุดสูงสุดของศักยภาพในการดำเนินการนั้นเกิดจากการสมดุลของการเข้ามาของโซเดียมไอออนเข้าไปในเซลล์และการกำจัดที่เท่ากันภายใต้อิทธิพลของแรงผลักของไอออนที่มีประจุคล้ายกัน

สำหรับสารต่างๆ และโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับไอออนของแร่ มีความสำคัญอย่างยิ่งในชีวิตของเซลล์ และโดยเฉพาะอย่างยิ่งในกลไกของการรับรู้ การเปลี่ยนแปลง การส่งสัญญาณจากเซลล์หนึ่งไปยังอีกเซลล์หนึ่ง และไปยังโครงสร้างภายในเซลล์

บทบาทที่กำหนดในสถานะการซึมผ่านของเยื่อหุ้มเซลล์นั้นเล่นโดยช่องไอออนซึ่งก่อตัวขึ้น โปรตีนที่สร้างช่อง- การเปิดและปิดของช่องเหล่านี้สามารถควบคุมได้โดยขนาดของความแตกต่างที่เป็นไปได้ระหว่างพื้นผิวด้านนอกและด้านในของเมมเบรน โมเลกุลส่งสัญญาณต่างๆ (ฮอร์โมน สารสื่อประสาท สารออกฤทธิ์ในหลอดเลือด) สารส่งสื่อรองของการส่งสัญญาณภายในเซลล์ และแร่ธาตุ ไอออน

ช่องไอออน- หน่วยย่อยหลายหน่วย (โปรตีนเมมเบรนที่เป็นส่วนประกอบซึ่งมีส่วนของเมมเบรน ซึ่งแต่ละหน่วยมีโครงสร้าง α-helical) ที่ช่วยให้แน่ใจว่ามีการเคลื่อนย้ายไอออนผ่านเมมเบรน

ข้าว. 1. การจำแนกประเภทของช่องไอออน

ความเข้าใจสมัยใหม่เกี่ยวกับโครงสร้างและหน้าที่ของช่องไอออนเกิดขึ้นได้เนื่องจากการพัฒนาวิธีการบันทึกกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านส่วนที่แยกออกมาของเมมเบรนที่มีช่องไอออนเดี่ยว ตลอดจนผ่านการแยกและการโคลนยีนของแต่ละยีนที่ควบคุม การสังเคราะห์โมเลกุลขนาดใหญ่ของโปรตีนที่สามารถสร้างช่องไอออนได้ สิ่งนี้ทำให้สามารถปรับเปลี่ยนโครงสร้างของโมเลกุลดังกล่าวโดยเทียม รวมเข้ากับเยื่อหุ้มเซลล์ และศึกษาบทบาทของบริเวณเปปไทด์แต่ละส่วนในการทำหน้าที่ของช่องสัญญาณ ปรากฎว่าโมเลกุลโปรตีนที่สร้างช่องของช่องไอออนทั้งหมดมีคุณสมบัติโครงสร้างที่เหมือนกันและโดยปกติแล้ว แสดงด้วยโปรตีนเมมเบรนขนาดใหญ่ที่มีมวลโมเลกุลสูงกว่า 250 kDa.

ประกอบด้วยหลายหน่วยย่อย มักจะสำคัญที่สุด คุณสมบัติของช่องของพวกเขา a-หน่วยย่อย- หน่วยย่อยนี้มีส่วนร่วมในการก่อตัวของรูคัดเลือกไอออน ซึ่งเป็นกลไกเซ็นเซอร์ของความต่างศักย์ของเมมเบรน - ประตูของช่องสัญญาณ และมีตำแหน่งจับสำหรับลิแกนด์ภายนอกและภายนอก หน่วยย่อยอื่น ๆ ที่รวมอยู่ในโครงสร้างของช่องไอออนมีบทบาทเสริมในการปรับคุณสมบัติของช่องสัญญาณ (รูปที่ 2)

โมเลกุลโปรตีนที่สร้างช่องสัญญาณจะแสดงด้วยลูปกรดอะมิโนที่อยู่นอกเมมเบรนและบริเวณโดเมนลานภายในเมมเบรนซึ่งก่อตัวเป็นหน่วยย่อยของช่องไอออน โมเลกุลโปรตีนจะพับตัวอยู่ในระนาบของเมมเบรนเพื่อให้ช่องไอออนเกิดขึ้นระหว่างโดเมนที่สัมผัสกัน (ดูรูปที่ 2 ด้านล่างขวา)

โมเลกุลโปรตีนที่สร้างช่องสัญญาณจะอยู่ในเมมเบรนไซโตพลาสซึม ดังนั้นโครงสร้างเชิงพื้นที่สามมิติจึงสร้างปากของช่องที่หันไปทางด้านนอกและด้านในของเมมเบรน รูพรุนที่เต็มไปด้วยน้ำ และ "ประตู" ส่วนหลังถูกสร้างขึ้นโดยส่วนของสายโซ่เปปไทด์ที่สามารถเปลี่ยนโครงสร้างได้อย่างง่ายดายและกำหนดสถานะเปิดหรือปิดของช่อง ความสามารถในการเลือกสรรและการซึมผ่านของช่องไอออนขึ้นอยู่กับขนาดของรูพรุนและประจุ การซึมผ่านของช่องสำหรับไอออนที่กำหนดยังถูกกำหนดโดยขนาด ประจุ และเปลือกไฮเดรชั่นด้วย

ข้าว. 2. โครงสร้างของช่อง Na+ -ion ของเยื่อหุ้มเซลล์: a - โครงสร้างสองมิติของหน่วยαของช่องไอออนของเยื่อหุ้มเซลล์; b - ทางด้านซ้าย - ช่องโซเดียมประกอบด้วยหน่วยย่อยและหน่วยย่อย P สองหน่วย (มุมมองด้านข้าง) ด้านขวาเป็นช่องโซเดียมจากด้านบน ในตัวเลข I. II. III. IV ทำเครื่องหมายโดเมนของหน่วยย่อย

ประเภทของช่องไอออน

มีการอธิบายช่องไอออนมากกว่า 100 ประเภท และใช้วิธีการต่างๆ ในการจำแนกประเภทช่องไอออน หนึ่งในนั้นขึ้นอยู่กับความแตกต่างในโครงสร้างของช่องทางและกลไกการทำงาน ในกรณีนี้ ช่องไอออนสามารถแบ่งออกเป็นหลายประเภท:

ช่องไอออนแบบพาสซีฟหรือช่องพัก
ช่องทางการติดต่อสล็อต
ช่องที่สถานะ (เปิดหรือปิด) ถูกควบคุมโดยอิทธิพลต่อกลไกเกตของปัจจัยทางกล (ช่องไวต่อกลไก) ความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นบนเมมเบรน (ช่องที่ขึ้นกับแรงดันไฟฟ้า) หรือลิแกนด์ที่จับกับโปรตีนที่สร้างช่องที่ด้านนอกหรือ ด้านในของเมมเบรน (ช่องลิแกนด์ที่มีรั้วรอบขอบชิด)

ช่องทางแบบพาสซีฟ

คุณสมบัติที่โดดเด่นของช่องเหล่านี้คือสามารถเปิด (แอคทีฟ) ในเซลล์พักผ่อนได้ เช่น โดยไม่มีอิทธิพลใดๆ สิ่งนี้จะกำหนดชื่อที่สองไว้ล่วงหน้า - ช่องทางแบบพาสซีฟ พวกมันไม่ได้คัดเลือกอย่างเข้มงวด และเยื่อหุ้มเซลล์สามารถ "รั่ว" ให้กับไอออนหลายชนิดได้ เช่น K+ และ CI+ K+ และ Na+ ดังนั้นบางครั้งจึงเรียกว่าช่องรั่ว เนื่องจากคุณสมบัติที่ระบุไว้ ช่องพักมีบทบาทสำคัญในการเกิดขึ้นและการบำรุงรักษาศักยภาพของเยื่อพักบนเยื่อหุ้มเซลล์ไซโตพลาสซึมของเซลล์ กลไกและความสำคัญของซึ่งจะกล่าวถึงด้านล่าง ช่องสัญญาณแบบพาสซีฟมีอยู่ในเยื่อหุ้มไซโตพลาสซึมของเส้นใยประสาทและส่วนปลาย, เซลล์ที่มีโครงร่าง, กล้ามเนื้อเรียบ, กล้ามเนื้อหัวใจตาย และเนื้อเยื่ออื่น ๆ

ช่องทางที่ไวต่อกลไก

สถานะการซึมผ่านของช่องเหล่านี้เปลี่ยนแปลงภายใต้อิทธิพลทางกลต่อเมมเบรน ทำให้เกิดการหยุดชะงักของโครงสร้างของโมเลกุลในเมมเบรนและการยืดตัวของเมมเบรน ช่องเหล่านี้พบได้อย่างกว้างขวางในตัวรับกลไกของหลอดเลือด อวัยวะภายใน ผิวหนัง กล้ามเนื้อโครงร่าง และไมโอไซต์เรียบ

ช่องสัญญาณขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้า

สถานะของช่องเหล่านี้ถูกควบคุมโดยแรงของสนามไฟฟ้าที่สร้างขึ้นโดยขนาดของความต่างศักย์ข้ามเมมเบรน ช่องสัญญาณที่มีรั้วรอบขอบชิดสามารถอยู่ในสถานะไม่ทำงาน (ปิด) ใช้งาน (เปิด) และปิดใช้งาน ซึ่งถูกควบคุมโดยตำแหน่งของประตูเปิดใช้งานและปิดใช้งาน ขึ้นอยู่กับความต่างศักย์ข้ามเมมเบรน

ในเซลล์พัก ช่องที่มีรั้วรอบขอบชิดแรงดันไฟฟ้ามักจะอยู่ในสถานะปิด ซึ่งสามารถเปิดหรือเปิดใช้งานได้ ความน่าจะเป็นของการเปิดโดยอิสระนั้นต่ำ และที่เหลือมีเพียงช่องเล็กๆ ในเมมเบรนเท่านั้นที่เปิดอยู่ การลดลงของความต่างศักย์ของเมมเบรน (การสลับขั้วของเมมเบรน) ทำให้เกิดการเปิดใช้งานของช่อง ซึ่งเพิ่มโอกาสในการเปิด สันนิษฐานว่าการทำงานของประตูกระตุ้นนั้นดำเนินการโดยกลุ่มกรดอะมิโนที่มีประจุไฟฟ้าซึ่งปิดทางเข้าปากช่อง กรดอะมิโนเหล่านี้เป็นเซ็นเซอร์วัดความต่างศักย์บนเมมเบรน เมื่อถึงระดับหนึ่งของการเปลี่ยนขั้วของเมมเบรน (วิกฤต) ส่วนที่มีประจุของโมเลกุลเซ็นเซอร์จะเลื่อนไปทางสภาพแวดล้อมระดับจุลภาคของไขมันของโมเลกุลที่สร้างช่องสัญญาณ และประตูจะเปิดทางเข้าสู่ปากของช่องสัญญาณ (รูปที่ 3)

ช่องจะเปิด (ใช้งานอยู่) เพื่อให้ไอออนเคลื่อนที่ผ่านได้ ความเร็วในการเปิดประตูเปิดใช้งานอาจต่ำหรือสูงมาก ตามตัวบ่งชี้นี้ ช่องไอออนที่ควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้าจะถูกแบ่งออกเป็นช่องไอออนแบบเร็ว (เช่น ช่องโซเดียมที่ควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้าแบบเร็ว) และแบบช้า (เช่น ช่องแคลเซียมที่ควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้าแบบช้า) ช่องสัญญาณที่รวดเร็วจะเปิดทันที (μs) และยังคงเปิดอยู่โดยเฉลี่ย 1 มิลลิวินาที การเปิดใช้งานจะมาพร้อมกับการซึมผ่านของช่องไอออนที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเหมือนหิมะถล่ม

อีกส่วนหนึ่งของห่วงโซ่เปปไทด์ซึ่งเป็นลำดับกรดอะมิโนในรูปแบบของลูกบอลหนาแน่น (ลูกบอล) บนด้ายซึ่งอยู่ที่ทางออกของปากอีกด้านของช่องมีความสามารถในการเปลี่ยนแปลงโครงสร้าง เมื่อสัญญาณของประจุบนเมมเบรนเปลี่ยนไป ลูกบอลจะปิดทางออกจากปาก และช่องไอออนจะไม่สามารถทะลุผ่านได้ (ไม่ทำงาน) การปิดใช้งานช่องไอออนที่มีรั้วรอบขอบชิดสามารถทำได้ผ่านกลไกอื่นๆ การปิดใช้งานจะมาพร้อมกับการหยุดการเคลื่อนที่ของไอออนผ่านช่องดังกล่าว และอาจเกิดขึ้นได้เร็วเท่ากับการเปิดใช้งาน หรืออย่างช้าๆ ในไม่กี่วินาทีหรืออาจเป็นนาที

ข้าว. 3. กลไกเกตของช่องโซเดียมที่มีรั้วรอบขอบชิด (บน) และโพแทสเซียม (ล่าง)

ในการฟื้นฟูคุณสมบัติดั้งเดิมของช่องไอออนหลังจากการปิดใช้งาน จำเป็นต้องคืนโครงสร้างเชิงพื้นที่ดั้งเดิมของโปรตีนที่สร้างช่องสัญญาณและตำแหน่งของเกต ซึ่งสามารถทำได้โดยการฟื้นฟูความต่างศักย์ของเมมเบรน (รีโพลาไรเซชัน) ให้เป็นลักษณะเฉพาะระดับของสถานะพักของเซลล์หรือในระยะเวลาหนึ่งหลังจากการหยุดใช้งานโดยส่งผลกระทบอย่างรุนแรงต่อเมมเบรน การเปลี่ยนจากสถานะปิดใช้งานไปเป็นสถานะดั้งเดิม (ปิด) เรียกว่าการเปิดใช้งานช่องอีกครั้ง เมื่อเปิดใช้งานอีกครั้ง ช่องไอออนจะกลับสู่สภาวะพร้อมที่จะเปิดอีกครั้ง การเปิดใช้งานช่องเมมเบรนที่มีรั้วรอบขอบชิดอีกครั้งอาจทำได้เร็วหรือช้าก็ได้

ช่องไอออนที่มีการควบคุมแรงดันไฟฟ้ามักจะเลือกสรรสูงและมีบทบาทสำคัญในการเกิดการกระตุ้น (การสร้างศักยะงาน) การส่งข้อมูลไปตามเส้นใยประสาทในรูปแบบของสัญญาณไฟฟ้า และการเริ่มต้นและการควบคุมการหดตัวของกล้ามเนื้อ ช่องเหล่านี้ปรากฏอย่างกว้างขวางในเยื่อหุ้มของเส้นใยประสาทนำเข้าและเส้นใยประสาทนำเข้า ในเยื่อหุ้มของมัยโอไซต์ที่มีโครงร่างและเรียบ

ช่องไอออนที่ขึ้นกับศักยภาพนั้นถูกสร้างขึ้นในเยื่อหุ้มของปลายประสาทของเส้นประสาทรับความรู้สึก (เดนไดรต์) ที่ทำให้เยื่อฟันและเยื่อเมือกในช่องปากเกิดขึ้น โดยที่ช่องเปิดของพวกมันทำให้มั่นใจได้ว่าศักยภาพของตัวรับจะเปลี่ยนเป็นแรงกระตุ้นของเส้นประสาทและส่งต่อไปตามเส้นประสาทอวัยวะ เส้นใย ด้วยความช่วยเหลือของแรงกระตุ้นเหล่านี้ ข้อมูลเกี่ยวกับความรู้สึกทางประสาทสัมผัสทุกประเภทที่บุคคลประสบในช่องปาก (รสชาติ อุณหภูมิ ความดันทางกล ความเจ็บปวด) จะถูกส่งไปยังระบบประสาทส่วนกลาง ช่องดังกล่าวรับประกันการเกิดขึ้นของแรงกระตุ้นเส้นประสาทบนเยื่อหุ้มของเนินแอกซอนของเซลล์ประสาท และการส่งสัญญาณไปตามเส้นใยประสาทที่ส่งออก การแปลงศักยภาพของโพสซินแนปติกเป็นศักยภาพในการออกฤทธิ์ของเซลล์เอฟเฟกต์โพสซินแนปติก ตัวอย่างของกระบวนการดังกล่าวคือ การสร้างแรงกระตุ้นเส้นประสาทในเซลล์ประสาทสั่งการของนิวเคลียสเส้นประสาทไทรเจมินัล ซึ่งจากนั้นจะถูกส่งไปตามเส้นใยที่ส่งออกไปยังกล้ามเนื้อบดเคี้ยว และทำให้เกิดการเริ่มต้นและควบคุมการเคลื่อนไหวของการเคี้ยวของขากรรไกรล่าง

เมื่อศึกษากลไกเล็กๆ น้อยๆ ของการทำงานของช่องไอออนที่มีการควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้า พบว่ามีสารที่สามารถขัดขวางการทำงานของช่องไอออนเหล่านี้ได้ หนึ่งในสารกลุ่มแรกๆ ที่ถูกอธิบายคือสารเตโตรโดทอกซิน ซึ่งเป็นสารพิษอันทรงพลังที่ผลิตในร่างกายของปลาปักเป้า ภายใต้อิทธิพลของมัน พบว่ามีการปิดกั้นช่องโซเดียมที่ควบคุมด้วยศักย์ไฟฟ้าในการทดลอง และเมื่อนำเข้าไปในร่างกายของสัตว์ พบว่าสูญเสียความไว การผ่อนคลายกล้ามเนื้อ การไม่สามารถเคลื่อนไหวได้ การหยุดหายใจและการเสียชีวิต สารดังกล่าวเรียกว่าตัวปิดกั้นช่องไอออน ในหมู่พวกเขา ลิโดเคน, โนโวเคน, โปรเคน -สารเมื่อนำเข้าสู่ร่างกายในขนาดเล็กจะมีการปิดกั้นช่องโซเดียมที่ขึ้นกับแรงดันไฟฟ้าของเส้นใยประสาทและการส่งสัญญาณจากตัวรับความเจ็บปวดไปยังระบบประสาทส่วนกลางจะถูกบล็อก สารเหล่านี้มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในทางการแพทย์เป็นยาชาเฉพาะที่

การเคลื่อนที่ของไอออนผ่านช่องไอออนไม่เพียงแต่เป็นพื้นฐานสำหรับการกระจายประจุบนเยื่อหุ้มเซลล์และการก่อตัวของศักย์ไฟฟ้าเท่านั้น แต่ยังส่งผลต่อกระบวนการต่างๆ ภายในเซลล์อีกด้วย ผลกระทบต่อการแสดงออกของยีนที่ควบคุมการสังเคราะห์โปรตีนที่สร้างช่องสัญญาณนี้ไม่ได้จำกัดอยู่เพียงเซลล์ของเนื้อเยื่อที่ถูกกระตุ้นเท่านั้น แต่ยังเกิดขึ้นในทุกเซลล์ของร่างกาย มีการระบุกลุ่มโรคจำนวนมากซึ่งสาเหตุของการละเมิดโครงสร้างและหน้าที่ของช่องไอออน โรคดังกล่าวจัดอยู่ในประเภท “channelopathies” เห็นได้ชัดว่าความรู้เกี่ยวกับโครงสร้างและหน้าที่ของช่องไอออนเป็นสิ่งจำเป็นในการเข้าใจธรรมชาติของ "channelopathies" และค้นหาวิธีการรักษาเฉพาะของพวกเขา

ช่องไอออนที่มีรั้วรอบขอบชิดลิแกนด์

โดยปกติจะเกิดขึ้นจากโมเลกุลขนาดใหญ่ของโปรตีนที่สามารถทำหน้าที่เป็นช่องไอออนและฟังก์ชันตัวรับสำหรับลิแกนด์บางชนิดได้พร้อมกัน เนื่องจากโมเลกุลขนาดใหญ่เดียวกันสามารถทำหน้าที่ทั้งสองนี้พร้อมกันได้ จึงมีการตั้งชื่อที่แตกต่างกันออกไป เช่น ตัวรับไซแนปติกหรือช่องสัญญาณลิแกนด์ที่มีรั้วรอบขอบชิด

ต่างจากช่องไอออนที่ขึ้นกับแรงดันไฟฟ้า ซึ่งจะเปิดขึ้นเมื่อโครงสร้างของประตูกระตุ้นเปลี่ยนไปภายใต้เงื่อนไขของการลดลงของความต่างศักย์ของเมมเบรน ช่องไอออนที่ขึ้นกับลิแกนด์จะเปิด (กระตุ้น) เมื่อมีปฏิสัมพันธ์ของสายเปปไทด์ (ตัวรับ) ของโปรตีน โมเลกุลที่มีลิแกนด์ซึ่งเป็นสารที่ตัวรับมีความสัมพันธ์สูง ( รูปที่ 4)

ข้าว. 4. ช่องไอออนที่ขึ้นกับลิแกนด์ (ตัวรับ acetylcholine ที่ไวต่อนิโคติน - n-ChR): ไม่ได้ใช้งาน; 6 - เปิดใช้งานแล้ว

ช่องไอออนที่มีรั้วรอบขอบชิดของลิแกนด์มักจะถูกจำกัดอยู่ในเยื่อโพสไซแนปติกของเซลล์ประสาทและกระบวนการของมัน เช่นเดียวกับเส้นใยกล้ามเนื้อ ตัวอย่างทั่วไปของช่องไอออนที่มีรั้วรอบขอบชิดลิแกนด์คือช่องเมมเบรนโพสซินแนปติกที่ถูกกระตุ้นโดยอะเซทิลโคลีน (ดูรูปที่ 4), กลูตาเมต, แอสพาเทต, กรดแกมมา-อะมิโนบิวทีริก, ไกลซีน และสารสื่อประสาทซินแนปติกอื่นๆ โดยทั่วไปแล้ว ชื่อของช่องสัญญาณ (ตัวรับ) จะสะท้อนถึงประเภทของสารสื่อประสาทที่เป็นลิแกนด์ภายใต้สภาวะทางธรรมชาติ ดังนั้น หากสิ่งเหล่านี้เป็นช่องทางของไซแนปส์ประสาทและกล้ามเนื้อซึ่งใช้สารสื่อประสาทอะซิติลโคลีน คำว่า "ตัวรับอะซิติลโคลีน" จะถูกใช้ และถ้ามันไวต่อนิโคตินด้วย ก็เรียกว่า ไวต่อนิโคติน หรือเรียกง่ายๆ ว่า n-acetylcholine ตัวรับ (n- ตัวรับ cholinergic)

โดยทั่วไปแล้ว ตัวรับโพสซินแนปติก (ช่องสัญญาณ) จะจับกับสารสื่อประสาทเพียงชนิดเดียวเท่านั้น ขึ้นอยู่กับชนิดและคุณสมบัติของตัวรับที่มีปฏิสัมพันธ์และสารสื่อประสาท ช่องต่างๆ จะเปลี่ยนความสามารถในการซึมผ่านของไอออนแร่ธาตุอย่างเฉพาะเจาะจง แต่ช่องเหล่านั้นไม่ได้เลือกช่องสัญญาณอย่างเคร่งครัด ตัวอย่างเช่น ช่องลิแกนด์ที่มีรั้วรอบขอบชิดสามารถเปลี่ยนความสามารถในการซึมผ่านเป็นแคตไอออน Na+ และ K+ หรือเป็นแอนไอออน K+ และ CI+ การเลือกจับลิแกนด์และการเปลี่ยนแปลงความสามารถในการซึมผ่านของไอออนิกนี้ได้รับการแก้ไขทางพันธุกรรมในโครงสร้างเชิงพื้นที่ของโมเลกุลขนาดใหญ่

หากปฏิสัมพันธ์ของผู้ไกล่เกลี่ยและส่วนตัวรับของโมเลกุลขนาดใหญ่ที่ก่อตัวเป็นช่องไอออนนั้นมาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงความสามารถในการซึมผ่านของช่องโดยตรงจากนั้นภายในไม่กี่มิลลิวินาทีสิ่งนี้จะนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงในการซึมผ่านของเมมเบรนโพสซินแนปติกสำหรับแร่ ไอออนและคุณค่าของศักยภาพโพสซินแนปติก ช่องสัญญาณดังกล่าวเรียกว่าเร็วและมีการแปลเป็นภาษาท้องถิ่น เช่น ในเยื่อโพสซินแนปติกของไซแนปส์กระตุ้นแอกโซเดนไดรติกและไซแนปส์ยับยั้งแอกโซโซมาติก

มีช่องไอออนที่มีรั้วรอบขอบชิดลิแกนด์ช้า ต่างจากช่องทางที่รวดเร็ว การเปิดของพวกมันไม่ได้ถูกสื่อกลางโดยปฏิสัมพันธ์โดยตรงของสารสื่อประสาทกับโมเลกุลขนาดใหญ่ของตัวรับ แต่โดยสายโซ่ของเหตุการณ์รวมถึงการกระตุ้นของโปรตีน G ปฏิสัมพันธ์ของมันกับ GTP การเพิ่มขึ้นของระดับตัวส่งสารทุติยภูมิในการส่งผ่านภายในเซลล์ ของสัญญาณสารสื่อประสาท ซึ่งโดยฟอสโฟรีเลชั่นในช่องไอออน ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงความสามารถในการซึมผ่านของไอออนแร่ และการเปลี่ยนแปลงค่าของศักยภาพโพสไซแนปติกที่สอดคล้องกัน ห่วงโซ่เหตุการณ์ที่อธิบายไว้ทั้งหมดเกิดขึ้นภายในหลายร้อยมิลลิวินาที เราจะพบช่องไอออนที่ขึ้นกับลิแกนด์ที่ช้าเช่นนี้เมื่อศึกษากลไกการควบคุมหัวใจและกล้ามเนื้อเรียบ

ประเภทพิเศษคือช่องที่แปลเป็นภาษาท้องถิ่นในเยื่อหุ้มเซลล์เอนโดพลาสมิกเรติเคิลของเซลล์กล้ามเนื้อเรียบ ลิแกนด์ของพวกมันคือตัวส่งสารตัวที่สองของการส่งสัญญาณภายในเซลล์ อิโนซิทอล ไตรฟอสเฟต-IFZ

มีการอธิบายช่องไอออนซึ่งมีลักษณะเฉพาะด้วยคุณสมบัติเชิงโครงสร้างและเชิงหน้าที่บางอย่างซึ่งมีอยู่ในช่องไอออนทั้งแบบควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้าและแบบควบคุมด้วยลิแกนด์ พวกมันคือช่องไอออนที่ไม่ไวต่อแรงดันไฟฟ้า ซึ่งเป็นสถานะของกลไกเกตซึ่งควบคุมโดยนิวคลีโอไทด์แบบไซคลิก (cAMP และ cGMP) ในกรณีนี้ นิวคลีโอไทด์แบบไซคลิกจับกับขั้ว COOH ภายในเซลล์ของโมเลกุลโปรตีนที่สร้างช่องสัญญาณและกระตุ้นช่องสัญญาณ

ช่องเหล่านี้มีลักษณะพิเศษคือการเลือกความสามารถในการซึมผ่านของแคตไอออนได้น้อยกว่าและความสามารถของช่องอย่างหลังในการมีอิทธิพลต่อการซึมผ่านของกันและกัน ดังนั้นไอออน Ca 2+ ที่เข้ามาผ่านช่องที่เปิดใช้งานจากสภาพแวดล้อมภายนอกเซลล์จะปิดกั้นการซึมผ่านของช่องสำหรับ Na 2+ ไอออน ตัวอย่างหนึ่งของช่องดังกล่าวคือช่องไอออนแบบแท่งของเรตินา ซึ่งความสามารถในการซึมผ่านของไอออน Ca 2+ และ Na 2+ จะถูกกำหนดโดยระดับของ cGMP

ช่องไอออนที่มีรั้วรอบขอบชิดลิแกนด์มีการแสดงอย่างกว้างขวางในโครงสร้างเมมเบรนที่ให้การส่งสัญญาณซินแนปติกจากตัวรับความรู้สึกจำนวนหนึ่งในระบบประสาทส่วนกลาง การส่งสัญญาณที่ประสาทของระบบประสาท การส่งสัญญาณของระบบประสาทไปยังเซลล์เอฟเฟกต์

มีการตั้งข้อสังเกตแล้วว่าการส่งคำสั่งโดยตรงจากระบบประสาทไปยังอวัยวะเอฟเฟกต์จำนวนมากนั้นดำเนินการด้วยความช่วยเหลือของสารสื่อประสาทที่กระตุ้นช่องไอออนที่มีรั้วรอบขอบชิดของลิแกนด์ในเยื่อโพสซินแนปติก อย่างไรก็ตามลิแกนด์ของพวกมัน (agonists หรือ antagonists) อาจเป็นสารที่มีลักษณะภายนอกซึ่งในบางกรณีใช้เป็นสารทางการแพทย์

ตัวอย่างเช่น หลังจากนำสารไดพลาซินเข้าสู่ร่างกายซึ่งมีโครงสร้างคล้ายคลึงกับสารสื่อประสาทอะเพทิลโคลีน จะมีการเปิดช่องไอออนที่ขึ้นกับลิแกนด์เป็นเวลานานที่ไซแนปส์ประสาทและกล้ามเนื้อ ซึ่งจะหยุดส่งแรงกระตุ้นเส้นประสาทจากเส้นใยประสาทไปยังกล้ามเนื้อ . การผ่อนคลายกล้ามเนื้อโครงร่างของร่างกายเกิดขึ้นซึ่งอาจจำเป็นในระหว่างการผ่าตัดที่ซับซ้อน Diplacin และสารอื่นๆ ที่สามารถเปลี่ยนสถานะของช่องไอออนที่มีรั้วรอบขอบชิดของลิแกนด์และขัดขวางการส่งสัญญาณที่ประสาทและกล้ามเนื้อเรียกว่ายาคลายกล้ามเนื้อ

ข้าว. 5. ช่องแยกช่องว่างระหว่างสองเซลล์ที่สัมผัสกันอย่างแน่นหนา

ในการปฏิบัติทางการแพทย์มีการใช้สารยาอื่น ๆ อีกมากมายที่ส่งผลต่อสถานะของช่องไอออนที่ขึ้นกับลิแกนด์ของเซลล์ของเนื้อเยื่อต่างๆ

ช่องแยกช่องว่างของเซลล์ (แน่น)

ช่องแยกช่องว่างเกิดขึ้นในพื้นที่สัมผัสระหว่างเซลล์สองเซลล์ที่อยู่ใกล้เคียงซึ่งอยู่ใกล้กันมาก ในเยื่อหุ้มเซลล์ของแต่ละเซลล์ที่สัมผัสกัน หน่วยย่อยโปรตีนหกหน่วยที่เรียกว่าคอนเน็กซินจะสร้างโครงสร้างหกเหลี่ยมซึ่งอยู่ตรงกลางซึ่งมีรูพรุนหรือช่องไอออนเกิดขึ้น - คอนเน็กซอน (รูปที่ 5)

โครงสร้างกระจกถูกสร้างขึ้น ณ จุดที่สัมผัสกันในเมมเบรนของเซลล์ที่อยู่ติดกัน และช่องไอออนระหว่างเซลล์เหล่านั้นจะกลายเป็นเรื่องธรรมดา ผ่านช่องไอออนดังกล่าว ไอออนของแร่ธาตุต่างๆ รวมถึงไอออน Ca 2+ และสารอินทรีย์ที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำ สามารถเคลื่อนที่จากเซลล์หนึ่งไปยังอีกเซลล์หนึ่งได้ ช่องเชื่อมต่อช่องว่างของเซลล์ช่วยให้แน่ใจว่ามีการถ่ายโอนข้อมูลระหว่างเซลล์ของกล้ามเนื้อหัวใจ กล้ามเนื้อเรียบ จอประสาทตา และระบบประสาท

ช่องโซเดียม

ขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้า, ไม่ขึ้นกับแรงดันไฟฟ้า (ขึ้นอยู่กับลิแกนด์, ไวต่อกลไก, พาสซีฟ ฯลฯ ) ช่องโซเดียมมีอยู่อย่างกว้างขวางในเซลล์ของร่างกาย

ช่องโซเดียมที่มีรั้วรอบขอบชิด

ประกอบด้วยหน่วยย่อย α หนึ่งหน่วยซึ่งก่อตัวเป็นช่องสัญญาณ และหน่วยย่อย β สองหน่วย ซึ่งปรับการซึมผ่านของไอออนและจลนพลศาสตร์ของการหยุดการทำงานของช่องโซเดียม (รูปที่ 6)

ข้าว. 6. โครงสร้างสองมิติของหน่วยย่อย α ของช่องโซเดียมที่มีรั้วรอบขอบชิด คำอธิบายในข้อความ

ดังที่เห็นได้จากรูป 6 หน่วย a-sub แสดงด้วยโดเมนสี่โดเมนที่เป็นประเภทเดียวกัน ซึ่งประกอบด้วยเซ็กเมนต์เมมเบรนแบบขดลวดหกส่วนที่เชื่อมต่อกันด้วยลูปกรดอะมิโน ลูปที่เชื่อมต่อส่วนที่ 5 และ 6 ล้อมรอบรูพรุนของช่อง และส่วนที่ 4 ประกอบด้วยกรดอะมิโนที่มีประจุบวก ซึ่งเป็นเซ็นเซอร์ของความต่างศักย์บนเมมเบรน และควบคุมตำแหน่งของกลไกประตูระหว่างการเปลี่ยนแปลงในศักย์ของเมมเบรน

ในช่องโซเดียมที่มีรั้วรอบขอบชิดมีกลไกประตูสองกลไก หนึ่งในนั้น - การเปิดใช้งาน (โดยการมีส่วนร่วมของส่วนที่ 4) ช่วยให้มั่นใจได้ว่าการเปิด (การเปิดใช้งาน) ของช่องเมื่อมีการสลับขั้วของเมมเบรนและกลไกที่สอง (โดยการมีส่วนร่วมของวงในเซลล์ ระหว่างโดเมนที่ 3 และ 4) - การปิดใช้งานเมื่อมีการชาร์จเมมเบรน เนื่องจากกลไกทั้งสองนี้เปลี่ยนตำแหน่งของแชนเนลเกตอย่างรวดเร็ว ช่องโซเดียมที่มีการควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้าจึงเป็นช่องไอออนที่รวดเร็วและมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการสร้างศักย์การออกฤทธิ์ในเนื้อเยื่อที่ถูกกระตุ้น และสำหรับการนำของพวกมันผ่านเยื่อหุ้มเส้นประสาทและเส้นใยกล้ามเนื้อ

ช่องเหล่านี้ถูกแปลเป็นภาษาท้องถิ่นในเยื่อหุ้มเซลล์ของแอกซอนฮิลล์ล็อคของเซลล์ประสาท ในเดนไดรต์และแอกซอน ในเยื่อหุ้มของบริเวณเพอริไซแนปติกของไซแนปส์ประสาทและกล้ามเนื้อ ในซาร์โคเลมมาของเส้นใยของกล้ามเนื้อโครงร่างและกล้ามเนื้อหัวใจหดตัว ความหนาแน่นของการกระจายตัวของช่องโซเดียมในโครงสร้างเหล่านี้แตกต่างกัน ในเส้นใยประสาทไมอีลินนั้นส่วนใหญ่จะกระจุกตัวอยู่ในบริเวณโหนดของ Ranvier ซึ่งความหนาแน่นของพวกมันสูงถึงประมาณ 10,000 ช่องต่อพื้นที่ตารางไมครอนและในเส้นใยที่ไม่มีปลอกไมอีลินนั้นช่องจะกระจายเท่า ๆ กันมากขึ้นด้วยความหนาแน่นประมาณ 20 ช่องต่อตารางเมตร ไมครอนของพื้นที่ ช่องเหล่านี้แทบไม่มีอยู่จริงในโครงสร้างของเยื่อหุ้มร่างกายของเซลล์ประสาท ในเยื่อหุ้มของปลายประสาทที่สร้างตัวรับความรู้สึกโดยตรง และในเยื่อหุ้มโพสซินแนปติกของเซลล์เอฟเฟกต์

ในบรรดาช่องโซเดียมที่ควบคุมด้วยศักย์ไฟฟ้า มีชนิดย่อยมากกว่าเก้าชนิดที่มีความโดดเด่น ซึ่งแตกต่างกันในคุณสมบัติของหน่วยย่อย α โดยมีความผูกพันกับเนื้อเยื่อจำเพาะ และมีความไวต่อการออกฤทธิ์ของบล็อกเกอร์ต่างกัน ตัวอย่างเช่น ชนิดย่อยของช่องสัญญาณที่เกิดจากโปรตีนซึ่งสร้างช่องสัญญาณ ซึ่งการสังเคราะห์ถูกควบคุมโดยยีน SCN4A มีอยู่ในซาร์โคเลมมาของกล้ามเนื้อโครงร่างที่มีความแตกต่างอย่างสมบูรณ์และถูกกระตุ้น และตัวขัดขวางของมันคือเทโตรโดทอกซิน, แซกซิทอกซิน และซี-โคโนทอกซิน ในกรณีส่วนใหญ่ หน่วยย่อย α มีความไวต่อการกระทำของเตโตรโดทอกซิน ซึ่งในระดับไมโครโมลาร์จะปิดกั้นรูขุมขน และด้วยเหตุนี้จึงเข้าสู่ช่องโซเดียมได้

เป็นที่ทราบกันว่าสารพิษจากช่องโซเดียมช่วยชะลออัตราการหยุดใช้งาน ตัวอย่างเช่น ทอกซินดอกไม้ทะเล (ATX) และแมงป่องอะ-ทอกซิน (ScTX) ทำให้เกิดการหน่วงในการทำให้หมดฤทธิ์โดยการจับกับเรซิดิวกรดอะมิโนของลูป S3-S4 ของเซกเมนต์ 4

สารที่เรียกว่า ยาชา (โนโวเคน, ไดเคน, ลิโดเคน, ซอฟเคน, โปรเคนฯลฯ) การดมยาสลบเมื่อปิดกั้นช่องโซเดียมสามารถทำได้โดยการกำจัดความเป็นไปได้ในการสร้างแรงกระตุ้นเส้นประสาทในเส้นใยประสาทอวัยวะและด้วยเหตุนี้จึงปิดกั้นการส่งสัญญาณจากตัวรับความเจ็บปวดทางประสาทสัมผัสไปยังระบบประสาทส่วนกลาง

พบว่าการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของช่องโซเดียมสามารถนำไปสู่การเกิดโรคได้หลายชนิด ตัวอย่างเช่นการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของช่องทางที่ควบคุมโดยยีน SCNlb นำไปสู่การพัฒนารูปแบบทั่วไปของโรคลมบ้าหมูและอาการชักด้วยอุณหภูมิร่างกายที่เพิ่มขึ้น (อาการชักจากไข้)

จุลินทรีย์หลายชนิดก่อให้เกิดสารพิษในร่างกายมนุษย์ ซึ่งเป็นสารที่ปิดกั้นช่องไอออนในเซลล์ที่ได้รับผลกระทบ ซึ่งอาจมาพร้อมกับความไม่สมดุลในสมดุลของไอออนและการตายของเซลล์ ในทางกลับกัน จุลินทรีย์อื่นๆ ใช้สารพิษ (เพอร์ฟอริน) เพื่อสร้างช่องไอออนในเยื่อหุ้มเซลล์ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง สารพิษของแอนแทรกซ์บาซิลลัส ซึ่งเป็นสาเหตุของการติดเชื้อที่เป็นอันตรายอย่างยิ่งในมนุษย์ โจมตีเซลล์และสร้างรู (ช่อง) ใหม่ในเยื่อหุ้มของมัน ซึ่งสารพิษอื่นๆ ทะลุเข้าไปในเซลล์ได้ การกระทำของสารพิษเหล่านี้ทำให้เซลล์ที่ถูกโจมตีตายและมีอัตราการเสียชีวิตสูงในโรคนี้ นักวิทยาศาสตร์ได้สังเคราะห์สาร β-ไซโคลเด็กซ์ตริน ซึ่งมีโครงสร้างใกล้เคียงกับรูปร่างของช่องสัญญาณที่เกิดขึ้น สารนี้จะปิดกั้นช่องทางที่เกิดจากสารพิษของจุลินทรีย์ ป้องกันการเข้าสู่สารพิษเข้าสู่เซลล์ และช่วยให้สัตว์ทดลองที่ติดเชื้อแอนแทรกซ์ตายได้

ช่องโซเดียมที่ไม่ขึ้นกับแรงดันไฟฟ้า

ช่องโซเดียมที่มีรั้วรอบขอบชิดลิแกนด์โครงสร้างและคุณสมบัติทั่วไปของพวกมันถูกกล่าวถึงข้างต้นในคำอธิบายของช่องไอออนที่มีรั้วรอบขอบชิดแบบลิแกนด์ ช่องโซเดียมชนิดนี้ปรากฏอย่างกว้างขวางในร่างกายโดยช่องโซเดียมของตัวรับโคลิเนอร์จิคที่ไวต่อนิโคตินของเมมเบรนโพสต์ซินแนปติกของไซแนปส์ประสาทและกล้ามเนื้อ, ไซแนปส์ระหว่างนิวรอนของระบบประสาทส่วนกลาง และระบบประสาทอัตโนมัติ (เซลล์ประสาทพรีแกงไลออนและปมประสาท) ช่องโซเดียมที่มีรั้วรอบขอบชิดลิแกนด์ถูกแปลเป็นภาษาท้องถิ่นในเยื่อโพสซินแนปติกของไซแนปส์กระตุ้นอื่น ๆ (กลูตาเมตและแอสปาร์ทาจิค) ของระบบประสาทส่วนกลาง พวกเขามีบทบาทสำคัญในการสร้างศักยภาพของโพสต์ซินแนปติกแบบกระตุ้นที่ไซแนปส์และการส่งสัญญาณระหว่างเซลล์ประสาทและระหว่างเซลล์ประสาทและเซลล์เอฟเฟกต์

ช่องโซเดียมที่มีรั้วรอบขอบชิดลิแกนด์ของเยื่อโพสต์ไซแนปติกไม่ได้ถูกคัดเลือกอย่างเข้มงวดและสามารถซึมผ่านไปยังไอออนต่างๆ ได้พร้อมกัน: โซเดียมและโพแทสเซียม โซเดียมและแคลเซียม

ช่องโซเดียมที่ไม่ขึ้นกับแรงดันไฟฟ้าซึ่งควบคุมโดยตัวส่งสารตัวที่สองสถานะของช่องโซเดียมเหล่านี้สามารถควบคุมได้โดย cGMP (เซลล์รับแสง), cAMP (ตัวรับกลิ่น) และโดยหน่วยย่อยของโปรตีน G (กล้ามเนื้อหัวใจ)

ช่องโซเดียมที่ไวต่อกลไกมีอยู่ในตัวรับกลไกของผนังหลอดเลือด, หัวใจ, อวัยวะภายในกลวง, ตัวรับความรู้สึกของกล้ามเนื้อโครงร่างและเยื่อหุ้มเซลล์ของกล้ามเนื้อเรียบ ด้วยการมีส่วนร่วมในตัวรับความรู้สึก พลังงานของการกระทำทางกลจะถูกแปลงเป็นการสั่นของความต่างศักย์ - ศักย์ของตัวรับ

เชือกโซเดียมแบบพาสซีฟมีอยู่ในเยื่อหุ้มเซลล์ไซโตพลาสซึมของเซลล์ที่ถูกกระตุ้น ความสามารถในการซึมผ่านของช่องเหล่านี้สำหรับ Na+ ไอออนมีน้อย แต่เมื่อไอออน Na+ กระจายไปตามระดับความเข้มข้นจากช่องว่างนอกเซลล์เข้าไปในเซลล์ และทำให้เมมเบรนค่อนข้างสลับขั้ว ช่องโซเดียมของเมมเบรนไซโตพลาสซึมของ myocytes แบบเรียบสามารถซึมผ่านได้มากกว่า พวกมันเปลี่ยนขั้วในปริมาณที่มากกว่า (ศักยภาพในการพักประมาณ 50 มิลลิโวลต์) มากกว่าเยื่อหุ้มของ myocytes ของกล้ามเนื้อโครงร่าง (ศักยภาพในการพักประมาณ 90 มิลลิโวลต์) ดังนั้นช่องโซเดียมแบบพาสซีฟจึงมีส่วนเกี่ยวข้องในการก่อตัวของศักยภาพของเมมเบรนที่เหลือ

เครื่องแลกเปลี่ยนโซเดียมตัวแลกเปลี่ยนโซเดียม-แคลเซียมหรือตัวแลกเปลี่ยนโซเดียม-แคลเซียม ได้รับการอธิบายไว้ก่อนหน้านี้และมีบทบาทสำคัญในการกำจัดแคลเซียมไอออนออกจากคาร์ดิโอไมโอไซต์ที่หดตัว

ตัวแลกเปลี่ยนโซเดียมโปรตอนเป็นโปรตีนที่สร้างช่องชนิดพิเศษซึ่งจะกำจัดโปรตอนไฮโดรเจนออกจากช่องว่างภายในเซลล์เพื่อแลกกับไอออนโซเดียมที่เข้าสู่เซลล์ การกำจัดโปรตอนจะถูกเปิดใช้งานเมื่อค่า pH ในเซลล์ลดลง

การสังเคราะห์โปรตีนที่สร้างช่องแลกเปลี่ยนโซเดียมถูกควบคุมโดยยีน 5 ยีน ซึ่งเรียกว่า NAH1 -NAH5

ช่องโพแทสเซียม

มีช่องโพแทสเซียมที่ควบคุมแรงดันไฟฟ้าและที่ไม่ไวต่อแรงดันไฟฟ้า ในบรรดาช่องโพแทสเซียมแบบพาสซีฟแบบลิแกนด์และชนิดอื่น ๆ นั้นมีความโดดเด่น ตามกฎแล้ว ช่องโพแทสเซียมจะพบได้ในเยื่อหุ้มเซลล์และเนื้อเยื่อเดียวกันที่มีช่องโซเดียม เหตุผลประการหนึ่งที่ทำให้เกิดความขนานในการจัดเรียงช่องไอออนเหล่านี้ก็คือไอออน Na+ และ K+ เป็นแคตไอออนที่สำคัญที่สุด โดยธรรมชาติของการกระจายและการเคลื่อนที่ของไอออนจะเป็นตัวกำหนดการเกิดขึ้นและการเปลี่ยนแปลงของศักย์ไฟฟ้าซึ่งเป็นหนึ่งในรูปแบบที่สำคัญที่สุด ของการส่งสัญญาณข้อมูลในร่างกาย

มีช่องทางโพแทสเซียมไอออน superfamily ทั้งหมดซึ่งแบ่งตามคุณสมบัติโครงสร้างการแปลและคุณสมบัติของช่องทางออกเป็นตระกูลประเภทและประเภทย่อยที่แยกจากกัน มีการอธิบายช่องโพแทสเซียมมากกว่าสามโหลและไม่สามารถให้รายละเอียดลักษณะเฉพาะได้ ดังนั้น จะมีการให้คำอธิบายของกลุ่มและประเภทของช่องไอออนที่เกี่ยวข้องกับเส้นทางการส่งสัญญาณและกลไกการควบคุมกระบวนการทางประสาทและกล้ามเนื้อเป็นหลัก

ช่องโพแทสเซียมแบบพาสซีฟ

เป็นที่ทราบกันว่าในสถานะพัก เยื่อหุ้มเซลล์ที่ถูกกระตุ้นนั้นสามารถซึมผ่าน K ไอออนได้ค่อนข้างดี และ Na+ ไอออนจะซึมผ่านได้ไม่ดี เนื่องจากพาหะของกระแสไฟฟ้าของเมมเบรนคือไอออน ดังนั้นการวัดกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านเยื่อหุ้มเซลล์จึงทำให้สามารถตัดสินสถานะของช่องไอออนได้ ปรากฎว่ากระแสไฟฟ้าของเมมเบรนซึ่งเกิดจากการแพร่ของ K ไอออนไปตามการไล่ระดับความเข้มข้นจากเซลล์มีค่าประมาณสอง picoamperes และมีลักษณะเป็นจังหวะและระยะเวลาเฉลี่ยของการเต้นเป็นจังหวะคือหลายมิลลิวินาที จากการสังเกตนี้ สรุปได้ว่าช่องโพแทสเซียมในเซลล์พักสามารถเปิดและปิดได้เอง โดยทำให้เกิดเงื่อนไขสำหรับการแพร่กระจายของ K ไอออนผ่านเซลล์เหล่านั้นออกจากเซลล์ และการก่อตัวของศักยภาพการพักตัวบนเมมเบรน

ช่องโพแทสเซียมที่มีแรงดันไฟฟ้า

การมีอยู่ของช่องโพแทสเซียมที่ควบคุมด้วยศักย์ไฟฟ้าในเยื่อหุ้มเซลล์ของเนื้อเยื่อที่ถูกกระตุ้นกลายเป็นที่รู้จักหลังจากพบว่าจลนพลศาสตร์ในการกระตุ้นของพวกมันแตกต่างจากของช่องโซเดียมที่ควบคุมด้วยศักย์ไฟฟ้า และยิ่งไปกว่านั้น พวกมันถูกบล็อกแบบเลือกสรรโดยตัวขัดขวางอื่น ๆ ช่องโพแทสเซียมถูกกระตุ้นในลักษณะเดียวกับช่องโซเดียม เมื่อเยื่อหุ้มเซลล์ถูกดีโพลาไรซ์ไปที่ระดับวิกฤติ แต่ในขณะเดียวกัน อัตราการออกจาก K+ ไอออนออกจากเซลล์จะเพิ่มขึ้นช้ากว่าอัตราการเข้าสู่ Na+ มาก ไอออนเข้าไปในเซลล์

ตัวกรองแบบเลือกสรรของช่องโพแทสเซียมจะอยู่ที่ด้านในของปากรูพรุน ตรงกันข้ามกับตำแหน่งภายนอกของตัวกรองที่คล้ายกันในช่องโซเดียม (รูปที่ 7) การมีอยู่ของความสามารถในการเลือกสรรของช่องเหล่านี้สัมพันธ์กับแคตไอออนของ Na+ และ K+ และตัวบล็อกเกอร์เฉพาะต่างๆ - เตโตรโดทอกซิน (สำหรับโซเดียม) และเตตระเอทิลแอมโมเนียม (สำหรับโพแทสเซียม) - บ่งบอกถึงโครงสร้างที่แตกต่างกันของช่องเหล่านี้

ช่องโพแทสเซียมที่มีรั้วรอบขอบชิดนั้นเป็นเตตระเมอร์และประกอบด้วยหน่วยย่อยสี่หน่วยที่สร้างรูพรุนตรงกลาง

ช่องโพแทสเซียมที่มีแรงดันไฟฟ้าควบคุมจะถูกแปลเป็นภาษาท้องถิ่นในเยื่อหุ้มเซลล์ทั้งเซลล์ที่ถูกกระตุ้นและไม่สามารถกระตุ้นได้ พวกมันมีบทบาทสำคัญในอัตราการฟื้นตัว (รีโพลาไรเซชัน) ของศักย์ของเมมเบรนหลังจากการดีโพลาไรเซชัน และด้วยเหตุนี้ ในการควบคุมรูปร่างและความถี่ของการสร้างศักยะงานของเมมเบรน ช่องโพแทสเซียมที่ช้าจะถูกบล็อกโดย traethylammonium, 4-aminopyridine, phencyclidine และ 9-aminoacridine

ข้าว. 7. ช่องโพแทสเซียม: a - ซ้าย - โครงสร้างสองมิติของ a-subunit; ด้านขวาเป็นแผนภาพของช่อง b - แผนภาพการเลี้ยวเบนของอิเล็กตรอนของช่องโพแทสเซียมในเยื่อหุ้มเซลล์ไซโตพลาสซึม

นอกเหนือจากช่องโพแทสเซียมที่ช้าแล้ว ยังมีการอธิบายช่องโพแทสเซียมที่ควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้าแบบเร็วอีกด้วย ซึ่งจลนศาสตร์ของการเปิดนั้นคล้ายคลึงกับช่องโซเดียมที่ควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้าแบบเร็ว ช่องโพแทสเซียมเหล่านี้เปิดอย่างรวดเร็วเมื่อมีการดีโพลาไรเซชัน จากนั้นจะถูกปิดใช้งานโดยสมบูรณ์ และการเปิดใช้งานใหม่ไม่เพียงแต่ต้องการการรีโพลาไรเซชันของเมมเบรนเท่านั้น แต่ยังมีโพลาไรเซชันแบบไฮเปอร์โพลาไรซ์อีกระยะหนึ่งอีกด้วย

ตามชื่อของยีนที่เข้ารหัสการสังเคราะห์และการประกอบโมเลกุลที่สร้างช่องสัญญาณ KCN หกประเภทที่มีชนิดย่อย KCN A, B, C, E และช่องไอออน KCNQ หนึ่งตระกูลมีความโดดเด่น ช่องของตระกูลหลังแสดงออกมาในกล้ามเนื้อหัวใจ

ช่องโพแทสเซียมที่มีลิแกนด์

พวกมันถูกแสดงด้วยแชนเนลจำนวนมากที่ไวต่อการกระทำของลิแกนด์ต่างๆ

ช่องโพแทสเซียมที่มีรั้วลิแกนด์จำนวนมากประเภทหนึ่งคือช่องที่เกี่ยวข้องกับตัวรับอะซิติลโคลีนที่ไวต่อมัสคารีน ช่องเหล่านี้เปิดใช้งานโดย acetylcholine ช่องดังกล่าวสามารถถูกบล็อกโดยเบรดีคินินและแบเรียมไอออน ช่องทางเหล่านี้มีสองประเภทย่อย: ช่องที่ปิดการใช้งานโดยมัสคารีนและช่องที่เปิดใช้งานโดยมัน ส่วนหลังมีการแปลเป็นภาษาท้องถิ่นในเซลล์เครื่องกระตุ้นหัวใจของหัวใจ

คุณสมบัติของช่องโพแทสเซียมที่ขึ้นกับลิแกนด์นั้นถูกครอบครองโดยช่องไอออนบวกที่ไม่ขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าซึ่งรวมคุณลักษณะของช่องสัญญาณและตัวรับอะซิติลโคลีนที่ไวต่อนิโคตินของเมมเบรนโพสซินแนปติกของไซแนปส์ประสาทและกล้ามเนื้อ เมื่อโปรตีนที่สร้างช่องทำปฏิกิริยากับอะซิติลโคลีน ช่องที่ไม่เลือกสรรนี้จะเปิดขึ้น โดยไอออน Na+ จะเข้าสู่เซลล์กล้ามเนื้อ และ K ไอออนจะออกมา อัตราการเคลื่อนที่ที่แตกต่างกันของไอออนเหล่านี้ช่วยให้แน่ใจว่าเกิดการดีโพลาไรเซชันของเยื่อโพสซินแนปติก ซึ่งไม่พัฒนาเป็นศักยะงานโดยตรงบนเมมเบรนนี้

มีการระบุช่องโพแทสเซียมที่ไวต่อ ATP ซึ่งถูกยับยั้งและกระตุ้นโดยการกระทำของ ATP

ตระกูลโพแทสเซียมที่แยกจากกันประกอบด้วยสิ่งที่เรียกว่าช่องโพแทสเซียมที่แก้ไขอินพุต (เกต) หรือวงจรเรียงกระแสอินพุต (ข้างในกำลังแก้ไข; ข้างในวงจรเรียงกระแส). ไม่มีเซ็นเซอร์แรงดันไฟฟ้าในกลไกเกตช่องโพแทสเซียมที่แก้ไข ความสำคัญเชิงหน้าที่ของช่องสัญญาณเหล่านี้ขึ้นอยู่กับอิทธิพลต่อความตื่นเต้นง่ายของเซลล์เครื่องกระตุ้นหัวใจ เซลล์กล้ามเนื้อ และเซลล์ประสาท

ตระกูลของการแก้ไขช่องโพแทสเซียมที่เข้ามาตามชื่อของยีนที่เข้ารหัสนั้นแบ่งออกเป็นมากกว่า 15 ประเภท ตัวอย่างของความสำคัญเฉพาะของการแก้ไขช่องโพแทสเซียมอินพุตและโดยเฉพาะอย่างยิ่งช่อง KCNJ 3, 5, 6 และ 9 (ช่อง Kir อีกชื่อหนึ่ง) อาจเป็นบทบาทเฉพาะในการควบคุมอัตราการเต้นของหัวใจผ่านการเชื่อมโยงช่องเหล่านี้กับ G ตัวรับ acetylcholine ที่ไวต่อโปรตีนและมัสคารีนของเซลล์ - เครื่องกระตุ้นหัวใจ

เป็นที่ทราบกันว่าช่องโพแทสเซียมที่กระตุ้นการทำงานของโซเดียมที่ไม่ไวต่อแรงดันไฟฟ้า

มีการอธิบายโพแทสเซียมแชนเนลที่ไม่ไวต่อแรงดันไฟฟ้าแบบพิเศษ ซึ่งมีความไวต่อการเปลี่ยนแปลงของ pH ซึ่งมีอยู่ในเซลล์ β ของเกาะเล็กเกาะน้อยของตับอ่อน และทำหน้าที่เป็นเซ็นเซอร์ระดับกลูโคสในเซลล์เหล่านี้ เป็นที่รู้กันว่าช่องโพแทสเซียมมีความไวต่อการเปลี่ยนแปลงปริมาตรของเซลล์

ช่องแคลเซียม

กลุ่มแคลเซียมแชนเนลมีอยู่อย่างกว้างขวางในเซลล์ของเส้นประสาทและเนื้อเยื่อของกล้ามเนื้อ สถานที่หลักของการแปลเป็นภาษาท้องถิ่นคือเยื่อหุ้มของขั้ว presynaptic ของกล้ามเนื้อ sarcoplasmic และ endoplasmic reticulum, sarcolemma ของ cardiomyocytes และเยื่อหุ้มเซลล์ของเนื้อเยื่ออื่น ๆ

ขึ้นอยู่กับวิธีการควบคุมการซึมผ่าน ช่องแคลเซียมแบ่งออกเป็นขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้า, พาสซีฟ, ขึ้นอยู่กับลิแกนด์, ไวต่อกลไก ฯลฯ

ช่องแคลเซียมแบ่งตามอัตราการหยุดใช้งานเป็นช่องประเภท T ( ชั่วคราว- ชั่วคราว), ประเภท L (ช้า) ช่องประเภท B มีความโดดเด่น ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับการเกาะติดของเนื้อเยื่อและความไวต่อสารพิษ (สมอง- สมอง) ชนิด N (เส้นประสาท- เส้นประสาท) ชนิด P (ปูร์คินเยเซลล์- Purkinje cell) และ R-type (ทนต่อสารพิษ)

ช่องแคลเซียมที่มีรั้วรอบขอบชิด

พวกมันถูกสร้างขึ้นจากโปรตีนโอลิโกเมอร์ ซึ่งปกติจะประกอบด้วยหน่วยย่อย 5 หน่วย a1, a2, β, y และ δ ช่องไอออนนั้นถูกสร้างขึ้นโดยหน่วยย่อย α ซึ่งมีความคล้ายคลึงกันในระดับสูงในองค์ประกอบและโครงสร้างของกรดอะมิโน โดยมีหน่วยย่อยที่คล้ายกันของช่องโซเดียมและโพแทสเซียมที่มีรั้วรอบขอบชิด (ดูรูปที่ 6, รูปที่ 7)

ช่องแคลเซียมที่มีรั้วรอบขอบชิดสามารถเลือกซึมผ่านไอออน Ca 2+ ได้ มั่นใจในการเลือกสรรโดยการมีรูพรุนที่สร้างตัวกรองแบบเลือกสรร

ถึงเวลาแล้วเกิดขึ้นจากส่วนของหน่วยย่อย α 1 ดังนั้น เมื่อพิจารณาจากโครงสร้างที่คล้ายคลึงกันของโครงสร้างกับช่องไอออนบวกแบบโมโนวาเลนท์ ใครๆ ก็คาดหวังว่าช่องแคลเซียมควรจะสามารถซึมผ่านไปยัง Na+ และ K+ ไอออนได้ คุณสมบัตินี้เกิดขึ้นเมื่อแคลเซียมถูกกำจัดออกจากสภาพแวดล้อมภายนอกเซลล์

ภายใต้สภาวะทางธรรมชาติ มั่นใจในการเลือกสรรแคลเซียมในช่องเนื่องจากมีจุดจับแคลเซียมสองแห่งในรูพรุนของช่อง หนึ่งในนั้นถูกสร้างขึ้นโดยกลุ่มของกลูตาเมตที่ตกค้างและที่ความเข้มข้นของแคลเซียมต่ำปรากฎว่ามีการเกาะติดกันอย่างแน่นหนากับสถานที่แห่งนี้ในรูพรุนของช่องและช่องสำหรับแคลเซียมจะซึมผ่านได้ไม่ดี เมื่อความเข้มข้นของแคลเซียมเพิ่มขึ้น ความน่าจะเป็นที่แคลเซียมจะครอบครองจุดจับตัวที่สองจะเพิ่มขึ้น แรงผลักไฟฟ้าสถิตที่เกิดขึ้นระหว่างไอออน Ca 2+ จะช่วยลดเวลาการคงตัวของไอออนที่ตำแหน่งการจับตัวได้อย่างมาก แคลเซียมที่ปล่อยออกมาจะกระจายผ่านช่องทางที่กระตุ้นเข้าไปในเซลล์ตามการไล่ระดับเคมีไฟฟ้า

ช่องแคลเซียมที่มีรั้วรอบขอบชิดด้วยแรงดันไฟฟ้าจะแตกต่างกันไปในค่าเกณฑ์ของการเปลี่ยนแปลงความต่างศักย์ที่เปิดใช้งาน ช่องประเภท T ถูกเปิดใช้งานโดยการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าเล็กน้อยบนเมมเบรน ประเภท L และ P นั้นมีลักษณะเฉพาะด้วยเกณฑ์การเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าสูงที่ทำให้เกิดการเปิดใช้งาน

ช่องแคลเซียมที่มีรั้วรอบขอบชิดมีบทบาทสำคัญในกระบวนการสำคัญต่างๆ ในร่างกาย การกระตุ้นและการเข้าสู่แคลเซียมในเทอร์มินัลพรีไซแนปติกจำเป็นสำหรับการส่งสัญญาณซินแนปติก

การป้อนแคลเซียมผ่านช่องแคลเซียมเข้าไปในเซลล์เครื่องกระตุ้นหัวใจเป็นสิ่งจำเป็นในการสร้างศักยภาพในการดำเนินการในเซลล์เครื่องกระตุ้นหัวใจของหัวใจและรับประกันการหดตัวเป็นจังหวะ ช่องแคลเซียมที่ขึ้นกับแรงดันไฟฟ้าควบคุมการไหลของแคลเซียมเข้าสู่ซาร์โคพลาสซึมของเส้นใยกล้ามเนื้อหัวใจ กล้ามเนื้อโครงร่าง เซลล์กล้ามเนื้อเรียบของหลอดเลือดและอวัยวะภายใน ควบคุมการเริ่มต้น ความเร็ว ความแข็งแรง ระยะเวลาของการหดตัวและด้วยเหตุนี้การเคลื่อนไหว ฟังก์ชันการสูบน้ำของ หัวใจ ความดันโลหิต การหายใจ และกระบวนการอื่นๆ ในร่างกาย

ช่องแคลเซียมแบบพาสซีฟ

พบในเยื่อหุ้มไซโตพลาสซึมของไมโอไซต์เรียบ พวกมันสามารถซึมผ่านไปยังแคลเซียมได้ในช่วงที่เหลือ และแคลเซียมร่วมกับไอออน K+ และ Na+ มีส่วนเกี่ยวข้องในการสร้างความต่างศักย์ของเมมเบรนหรือศักยภาพการพักของไมโอไซต์ที่เรียบ แคลเซียมที่เข้าสู่ myocyte ที่เรียบผ่านช่องทางเหล่านี้เป็นแหล่งที่มาของการเติมเต็มของปริมาณสำรองในตาข่ายเอนโดพลาสมิกและใช้เป็นตัวส่งสารรองในการส่งสัญญาณภายในเซลล์

แคลเซียมที่เหลือสามารถเคลื่อนจากเซลล์หนึ่งไปยังอีกเซลล์หนึ่งผ่านช่องทางแยกช่องว่าง ช่องเหล่านี้ไม่ได้เลือกสำหรับแคลเซียม และการแลกเปลี่ยนระหว่างเซลล์ของไอออนและสารอินทรีย์ที่มีน้ำหนักโมเลกุลขนาดเล็กสามารถเกิดขึ้นได้พร้อมกันผ่านช่องเหล่านี้ แคลเซียมเข้าสู่เซลล์ผ่านช่องทางแยกช่องว่างมีบทบาทสำคัญในการกระตุ้น การเริ่มต้น และการซิงโครไนซ์ของการหดตัวของกล้ามเนื้อหัวใจ มดลูก กล้ามเนื้อหูรูดของอวัยวะภายใน และการรักษาเสียงของหลอดเลือด

ช่องแคลเซียมที่มีรั้วรอบขอบชิดลิแกนด์

เมื่อศึกษากลไกในการกระตุ้นและควบคุมการหดตัวของกล้ามเนื้อหัวใจและกล้ามเนื้อเรียบพบว่าพวกมันขึ้นอยู่กับปริมาณแคลเซียมไปยัง myocyte ทั้งจากสภาพแวดล้อมนอกเซลล์และจากร้านค้าภายในเซลล์ ในกรณีนี้ การเข้ามาของแคลเซียมในซาร์โคพลาสซึมสามารถควบคุมได้โดยการเปลี่ยนแปลงในความต่างศักย์บนซาร์โคเลมมาและการกระตุ้นช่องแคลเซียมที่ขึ้นกับแรงดันไฟฟ้า และ (หรือ) การกระทำของโมเลกุลส่งสัญญาณจำนวนหนึ่งบนเยื่อตาข่ายซาร์โคพลาสมิก .

ช่องแคลเซียมที่มีรั้วรอบขอบชิดลิแกนด์นั้นถูกแปลเป็นภาษาท้องถิ่นในเยื่อหุ้มไซโตพลาสซึมของไมโอไซต์เรียบ แกนด์ของตัวรับสามารถเป็นฮอร์โมนได้: วาโซเพรสซิน, ออกซิโตซิน, อะดรีนาลีน; สารสื่อประสาท norepinephrine; โมเลกุลส่งสัญญาณ: angiotensin 2, endothelium 1 และสารอื่น ๆ การจับลิแกนด์กับตัวรับจะมาพร้อมกับการกระตุ้นช่องแคลเซียมและการเข้าสู่เซลล์จากสภาพแวดล้อมนอกเซลล์

ใน cardiomyocytes เพื่อเริ่มการหดตัวของกล้ามเนื้อ จำเป็นต้องเปิดใช้งานช่องแคลเซียมที่มีรั้วรอบขอบชิดของประเภท T ก่อน จากนั้นจึงเปิดใช้งานประเภท L ซึ่งการเปิดจะทำให้แน่ใจว่า Ca 2+ ไอออนจำนวนหนึ่งเข้าไปในเซลล์ . แคลเซียมที่เข้าสู่เซลล์จะกระตุ้นการทำงานของตัวรับไรอาโนดีน (RYR) ซึ่งเป็นโปรตีนที่สร้างช่องสัญญาณที่ฝังอยู่ในเยื่อหุ้มเซลล์ของโครงตาข่ายซาร์โคพลาสมิกของคาร์ดิโอไมโอไซต์ อันเป็นผลมาจากการเปิดใช้งานช่องความสามารถในการซึมผ่านของแคลเซียมจะเพิ่มขึ้นและส่วนหลังจะแพร่กระจายเข้าไปในซาร์โคพลาสซึมตามการไล่ระดับความเข้มข้น ดังนั้นไอออน Ca 2+ จึงทำหน้าที่เป็นลิแกนด์ชนิดหนึ่งที่กระตุ้นตัวรับไรอาโนดีนและด้วยเหตุนี้จึงมีช่องแคลเซียม เป็นผลให้แคลเซียมนอกเซลล์เข้าสู่เซลล์จะทำหน้าที่เป็นตัวกระตุ้นการปล่อยแคลเซียมจากแหล่งสะสมภายในเซลล์หลัก

ช่องแคลเซียมสามารถไวต่อการเปลี่ยนแปลงของความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นในเยื่อหุ้มเซลล์ไซโตพลาสซึมและการกระทำของลิแกนด์ไปพร้อมๆ กัน ตัวอย่างเช่น ช่องแคลเซียมที่มีรั้วรอบขอบชิดชนิด L มีความไวต่อไดไฮโดรไพริดีน (นิเฟดิพีน), ฟีนิลอัลคิลามีน (เวราปามิล) และเบนโซไทอาเซพีน (ดิลเทียเซม) ช่องประเภทนี้มักเรียกว่าตัวรับไดไฮโดรไพริดีน ชื่อนี้บ่งบอกว่าช่อง L-แคลเซียมมีรั้วลิแกนด์ แม้ว่าในความเป็นจริงแล้ว ช่องดังกล่าวจะเป็นช่องที่มีแรงดันไฟฟ้าก็ตาม

ช่องชนิด P มีความทนทานต่อการออกฤทธิ์ของ conogoxins และยาที่ช่องแคลเซียมประเภทอื่นไวต่อ

คุณสมบัติเชิงหน้าที่ของหน่วยย่อย α1 ของช่องแคลเซียมที่มีการควบคุมด้วยศักย์ไฟฟ้าสามารถปรับได้โดยฟอสโฟรีเลชันของพวกมัน และด้วยเหตุนี้จึงสามารถควบคุมสถานะการซึมผ่านของไอออนของช่องแคลเซียมได้ เช่น ในกล้ามเนื้อหัวใจ

ช่องแคลเซียมไอออนที่มีรั้วรอบขอบชิดแบบลิแกนด์ชนิดพิเศษเป็นช่องทางที่อยู่ในเยื่อหุ้มของเอนโดพลาสมิกเรติคูลัมของเซลล์กล้ามเนื้อเรียบซึ่งสถานะการซึมผ่านซึ่งถูกควบคุมโดยระดับในเซลล์ของผู้ส่งสารรอง - IPG เมื่อใช้ช่องสัญญาณเหล่านี้เป็นตัวอย่าง เราพบกรณีที่ตัวเอกโมเลกุลที่ส่งสัญญาณนอกเซลล์ ซึ่งกระตุ้นตัวรับของพลาสมาเมมเบรนของเซลล์กล้ามเนื้อเรียบเป้าหมาย เปิดทางเดินอิโนซิทอลฟอสเฟตของการส่งสัญญาณภายในเซลล์ ซึ่งในทางกลับกัน ผ่านทาง การกระทำของ IPE จะกระตุ้นโปรตีนที่สร้างช่องถัดไปในเยื่อหุ้มเซลล์ออร์แกเนลล์ เหตุการณ์การส่งสัญญาณทั้งห่วงโซ่นี้จบลงด้วยการปล่อยไอออน Ca 2+ จากร้านค้าภายในเซลล์ ซึ่งกระตุ้นและควบคุมกลไกระดับโมเลกุลของการหดตัวของเซลล์กล้ามเนื้อเรียบ

ช่องแคลเซียมที่ไวต่อกลไก

พวกมันถูกแปลเป็นภาษาท้องถิ่นในพลาสมาเมมเบรนของ myocytes เรียบของผนังหลอดเลือด, myoitis ของอวัยวะภายใน, endothelium ของหลอดเลือดและเยื่อบุผิวหลอดลม ช่องเหล่านี้อาจเกี่ยวข้องกับตัวรับกลไกไกลโคโปรตีน ในการตอบสนองต่อความเครียดเชิงกล (เช่น การยืดผนังหลอดเลือดด้วยความดันโลหิต) ความสามารถในการซึมผ่านของไอออน Ca 2+ จะเพิ่มขึ้น ช่องที่ไวต่อกลไกไม่มีความสามารถในการเลือกสรรสูง และเปลี่ยนความสามารถในการซึมผ่านของไอออนบวกจำนวนหนึ่งพร้อมกัน การเข้ามาของแคลเซียมและโซเดียมเข้าไปในเซลล์กล้ามเนื้อเรียบทำให้เกิดการสลับขั้วของเยื่อหุ้มเซลล์ การเปิดช่องแคลเซียมที่มีการควบคุมด้วยศักย์ไฟฟ้า เพิ่มการเข้าสู่แคลเซียมและการหดตัวของกล้ามเนื้อเรียบ

เหตุการณ์เหล่านี้เป็นส่วนหนึ่งของกลไกการปรับตัวของหลอดเลือดและการควบคุมการไหลเวียนของเลือดไปสู่การเปลี่ยนแปลงค่าความดันโลหิตในหลอดเลือดและความเร็วการไหลเวียนของเลือด (การควบคุม myogenic) นอกจากนี้ช่องแคลเซียมที่ไวต่อกลไกยังเกี่ยวข้องกับการใช้กลไกการผ่อนคลายความเครียดของหลอดเลือดในระหว่างที่ความดันโลหิตเพิ่มขึ้นเป็นเวลานาน

ช่องคลอรีน

ช่องคลอไรด์มีอยู่ในพลาสมาเมมเบรนของเซลล์ส่วนใหญ่ พวกมันมีบทบาทสำคัญในการรักษาความต่างศักย์ของเมมเบรนในเซลล์พักและการเปลี่ยนแปลงเมื่อกิจกรรมการทำงานของเซลล์เปลี่ยนแปลง ช่องคลอไรด์เกี่ยวข้องกับการควบคุมปริมาตรของเซลล์ การลำเลียงสารผ่านเยื่อบุผิว และการหลั่งของเหลวโดยเซลล์หลั่ง

ตามกลไกการเปิดใช้งาน ช่องคลอรีนซุปเปอร์แฟมิลี่สามช่องจะมีความโดดเด่น: ช่องคลอรีนที่มีรั้วรอบขอบชิดด้วยแรงดันไฟฟ้า, ช่องที่มีรั้วลิแกนด์ และช่องคลอรีนที่ไม่ไวต่อแรงดันไฟฟ้าอื่น ๆ

ช่องคลอรีนขึ้นอยู่กับศักยภาพมีการแปลในเยื่อหุ้มเซลล์ที่ถูกกระตุ้นและเซลล์เยื่อบุผิว สถานะการซึมผ่านของช่องเหล่านี้ถูกควบคุมโดยขนาดของความต่างศักย์ของเมมเบรน

การซึมผ่านของช่องคลอไรด์ขึ้นอยู่กับศักยภาพจะแตกต่างกันไปในเนื้อเยื่อต่างๆ ดังนั้นในเยื่อหุ้มแอกโซนัลการพึ่งพาการซึมผ่านของช่องคลอไรด์กับความต่างศักย์นั้นไม่มีนัยสำคัญและไม่ส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อการเปลี่ยนแปลงขนาดของศักยะงานในระหว่างการกระตุ้นและในกล้ามเนื้อโครงร่างการพึ่งพาการซึมผ่านของช่องคลอรีนนี้ สูงกว่า

ช่อง CLC1 เป็นตัวแทนโดยทั่วไปของช่องคลอไรด์ของเส้นใยกล้ามเนื้อซาร์โคเลมมัลของกล้ามเนื้อโครงร่าง ช่องนี้แสดงความสามารถในการซึมผ่านตลอดช่วงการเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้าของเมมเบรนในสถานะพัก เปิดใช้งานเมื่อมีการดีโพลาไรเซชัน และปิดใช้งานเมื่อไฮเปอร์โพลาไรเซชันของเมมเบรน

ช่องคลอไรด์ที่มีรั้วรอบขอบชิดลิแกนด์แสดงออกอย่างเด่นชัดในเนื้อเยื่อประสาท สถานะการซึมผ่านของช่องคลอไรด์เหล่านี้ถูกควบคุมโดยลิแกนด์นอกเซลล์เป็นหลัก แต่อาจมีความไวต่อความเข้มข้นของแคลเซียมในเซลล์และกระตุ้นโดยจีโปรตีนและแคมป์ ช่องประเภทนี้มีการกระจายอย่างกว้างขวางในเยื่อโพสซินแนปติก และใช้เพื่อดำเนินการยับยั้งโพสซินแนปติก สถานะของการซึมผ่านของช่องสัญญาณถูกควบคุมโดยการเปิดใช้งานช่องสัญญาณที่มีลิแกนด์ ซึ่งเป็นสารสื่อประสาทที่ยับยั้ง (กรด γ-อะมิโนบิวทีริกและไกลซีน)

ช่องคลอรีนที่ไม่ไวต่อแรงดันไฟฟ้ารวมถึงช่องพาสซีฟคลอไรด์, ช่องที่ไวต่อ ATP และตัวควบคุมสื่อกระแสไฟฟ้าของเมมเบรนพังผืดคั่นระหว่างหน้า (เปาะพังผืดเมมเบรนสื่อกระแสไฟฟ้าหน่วยงานกำกับดูแล- ซีเอฟทีอาร์)

เห็นได้ชัดว่า CFTR ประกอบด้วยช่องคลอไรด์และช่องทางการกำกับดูแลที่แสดงโดยโดเมนการกำกับดูแลพิเศษ (โดเมน P) การควบคุมการนำไอออนของช่องเหล่านี้ดำเนินการโดยฟอสโฟรีเลชั่นของขอบเขตการควบคุมโดยโปรตีนไคเนสที่ขึ้นกับแคมป์ การละเมิดโครงสร้างและการทำงานของช่องนี้นำไปสู่การพัฒนาของโรคร้ายแรงพร้อมกับความผิดปกติของเนื้อเยื่อหลายชนิด - พังผืดคั่นระหว่างหน้า

อะควาพอรินส์

อะควาพอรินส์(ตั้งแต่ lat. น้ำ- น้ำกรีก รูพรุน- ช่องทาง, รูขุมขน) - โปรตีนที่สร้างช่องทางน้ำและรับรองการถ่ายโอนน้ำของเมมเบรน อะควาพอรินเป็นโปรตีนเมมเบรนแบบเตตระเมริกที่เป็นส่วนประกอบหนึ่ง ซึ่งมีโมโนเมอร์ซึ่งมีมวลประมาณ 30 กิโลดาลตัน ดังนั้นแต่ละอะควาพอรินจึงสร้างช่องทางน้ำสี่ช่อง (รูปที่ 8)

คุณสมบัติพิเศษของช่องเหล่านี้คือโมเลกุลของน้ำในนั้นสามารถเคลื่อนที่ได้ภายใต้สภาวะไอโซโมติก เช่น เมื่อพวกมันไม่ได้รับผลกระทบจากแรงของการไล่ระดับออสโมติก AQP ย่อใช้เพื่ออ้างถึงอะควาพอริน aquaporins หลายประเภทได้รับการแยกและอธิบาย: AQP1 - ในเยื่อบุผิวของ tubules ไตใกล้เคียง, แขนขาจากมากไปน้อยของห่วง Henle; ในเยื่อหุ้มของเอ็นโดทีเลียมและเซลล์กล้ามเนื้อเรียบของหลอดเลือดในโครงสร้างของร่างกายน้ำเลี้ยง; AQP2 - ในเยื่อหุ้มของเยื่อบุผิวของท่อรวบรวม พบว่าอะควาพอรินมีความไวต่อการออกฤทธิ์ของฮอร์โมนต้านขับปัสสาวะ และบนพื้นฐานนี้ จึงถือได้ว่าเป็นช่องทางน้ำที่มีรั้วรอบขอบชิดลิแกนด์ การแสดงออกของยีนที่ควบคุมการสังเคราะห์อะควาพอรินนี้ถูกควบคุมโดยฮอร์โมนต้านการขับปัสสาวะ AQP3 พบได้ในเยื่อหุ้มเซลล์กระจกตา AQP4 - ในเซลล์สมอง

ข้าว. 8. โครงสร้างของช่องทางน้ำ AQP1: a - โซ่เปปไทด์ที่สร้างช่องทาง; b — ช่องประกอบ: A, B, C, D, E — ส่วนของสายโซ่โปรตีน

ปรากฎว่า AQP1 และ AQP4 มีบทบาทสำคัญในการสร้างและการไหลเวียนของน้ำไขสันหลัง Aquaporins พบได้ในเยื่อบุผิวของระบบทางเดินอาหาร: AQP4 - ในกระเพาะอาหารและลำไส้เล็ก; AQP5 - ในต่อมน้ำลาย; AQP6 - ในลำไส้เล็กและตับอ่อน AQP7 - ในลำไส้เล็ก; AQP8, AQP9 - ในตับ อะควาพอรินบางชนิดไม่เพียงแต่ขนส่งโมเลกุลของน้ำเท่านั้น แต่ยังรวมถึงสารอินทรีย์ที่ละลายได้ในนั้นด้วย (ออกซิเจน กลีเซอรอล ยูเรีย) ดังนั้นอะควาพอรินจึงมีบทบาทสำคัญในการเผาผลาญน้ำในร่างกาย และการหยุดชะงักของการทำงานของพวกมันอาจเป็นสาเหตุหนึ่งที่ทำให้เกิดอาการบวมน้ำในสมองและปอด และการพัฒนาของภาวะไตและหัวใจล้มเหลว

ความรู้เกี่ยวกับกลไกของการขนส่งไอออนผ่านเยื่อหุ้มเซลล์และวิธีการมีอิทธิพลต่อการขนส่งนี้เป็นเงื่อนไขที่ขาดไม่ได้ไม่เพียง แต่สำหรับการทำความเข้าใจกลไกการควบคุมการทำงานที่สำคัญเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการเลือกยาที่ถูกต้องในการรักษาโรคจำนวนมาก (ความดันโลหิตสูง , โรคหอบหืด, หัวใจเต้นผิดจังหวะ, การแลกเปลี่ยนเกลือของน้ำ ฯลฯ )

เพื่อให้เข้าใจกลไกของการควบคุมกระบวนการทางสรีรวิทยาในร่างกายจำเป็นต้องรู้ไม่เพียง แต่โครงสร้างและการซึมผ่านของเยื่อหุ้มเซลล์สำหรับสารต่าง ๆ เท่านั้น แต่ยังรวมถึงโครงสร้างและการซึมผ่านของการก่อตัวของโครงสร้างที่ซับซ้อนมากขึ้นซึ่งอยู่ระหว่างเลือดและเนื้อเยื่อของต่างๆ อวัยวะ

เยื่อหุ้มชีวภาพและช่องไอออน

เยื่อชีวภาพเป็นโครงสร้างเซลล์ที่มีฤทธิ์ตามหน้าที่ซึ่งจับกับไซโตพลาสซึมและโครงสร้างภายในเซลล์ส่วนใหญ่ ก่อตัวเป็นระบบภายในเซลล์ซึ่งประกอบด้วยท่อ รอยพับ และโพรงปิด

โครงสร้างพื้นฐานของเมมเบรนคือชั้นของฟอสโฟลิปิดซึ่งฝังโปรตีนของเมมเบรนไว้ ความหนาของเยื่อหุ้มเซลล์อยู่ที่ 6-12 นาโนเมตร โมเลกุลของไขมันเป็นแบบแอมโฟเทอริก ด้วยส่วนที่ชอบน้ำพวกมันจะเผชิญกับสภาพแวดล้อมที่เป็นน้ำ (ของเหลวระหว่างเซลล์และไซโตพลาสซึม) ส่วนที่ไม่ชอบน้ำของโมเลกุลจะถูกส่งไปยังชั้นฟอสโฟไลปิดโดยตรง โครงสร้างนี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการแยกระยะนอกเซลล์และภายในเซลล์

โปรตีนที่รวมเข้ากับชั้นฟอสโฟไลปิดที่มีบริเวณขั้วของพวกมันก่อให้เกิดพื้นผิวที่ชอบน้ำในเฟสที่เป็นน้ำ พวกมันทำหน้าที่ต่าง ๆ : ตัวรับ, เอนไซม์, สร้างช่องไอออน, เป็นตัวปั๊มเมมเบรนและเป็นพาหะของไอออนและโมเลกุล

ความรู้ส่วนใหญ่ของเราเกี่ยวกับโครงสร้างของช่องไอออนเป็นผลมาจากการสร้างฟังก์ชันขึ้นมาใหม่ แต่ละช่องมีช่องเปิด ตัวกรองแบบเลือก ประตู และกลไกควบคุมประตู

บางช่องมีการควบคุมด้วยระบบไฟฟ้าเช่น ควบคุมโดยความต่างศักย์ข้ามเมมเบรน (ช่องไอออนที่ขึ้นกับแรงดันไฟฟ้า) เพื่อจุดประสงค์นี้ จะมีเซ็นเซอร์ไฟฟ้าอยู่ข้างช่อง ซึ่งจะเปิดประตูช่องหรือปิดไว้ก็ได้ ขึ้นอยู่กับค่าของศักย์เมมเบรน

ช่องไอออนประเภทที่สองมีรั้วรอบขอบชิดตัวรับ ประตูถูกควบคุมโดยตัวรับที่อยู่บนพื้นผิวของเมมเบรน (จะเปิดขึ้นเมื่อผู้ไกล่เกลี่ยโต้ตอบกับตัวรับ) ในช่องสัญญาณที่มีรั้วรอบขอบชิดของตัวรับบางช่อง มีระยะกึ่งกลางระหว่างกลไกของตัวรับและเกต (ตัวกลาง เช่น cAMP, โปรตีนไคเนส เป็นต้น)

ช่องไอออนมีคุณสมบัติเมมเบรนที่สำคัญสองประการ: การเลือกสรรและความนำไฟฟ้า

การเลือกสรร - หรือการเลือกสรรของช่องสัญญาณนั้นมั่นใจได้ด้วยโครงสร้างโปรตีนพิเศษซึ่งก็คือรูปทรงของช่องสัญญาณ

ตัวอย่างเช่น เส้นผ่านศูนย์กลางของโซเดียมไอออนคือ 0.19 นาโนเมตร เมื่อรวมกับเปลือกไฮเดรชั่น ก็จะมีขนาดประมาณ 0.3 นาโนเมตร ปากช่องโซเดียมอยู่ที่ 0.3 – 0.5 นาโนเมตร ในการผ่านช่องทาง (โดยเฉพาะผ่านตัวกรองแบบเลือกสรร) ไอออนโซเดียมหรือไอออนอื่นๆ จะต้องถูกปลดปล่อยออกจากเปลือกไฮเดรชั่น และสามารถผ่านช่องทางดังกล่าวได้ในรูปแบบ "เปล่า" เท่านั้น ไอออนที่มีขนาดใหญ่เกินไปไม่สามารถเข้าไปในปากได้ และไอออนที่มีขนาดเล็กเกินไปจะไม่สามารถละทิ้งเปลือกความชุ่มชื้นในตัวกรองแบบคัดเลือกได้ จึงไม่สามารถกระโดดออกจากช่องได้

ช่องโซเดียม (รูปที่ 6) มีประตู 2 ประเภท - การเปิดใช้งาน (m-gate) และการปิดใช้งาน (h-gate) ภายใต้เงื่อนไขการพัก ประตูเปิดใช้งานจะถูกปิด แต่พร้อมที่จะเปิดตลอดเวลา และประตูปิดการใช้งานจะเปิดอยู่ เมื่อ MP ลดลง (ดีโพลาไรซ์เป็น 60 มิลลิโวลต์) ประตูกระตุ้นจะเปิดขึ้นและปล่อยให้โซเดียมไอออนเข้าไปในเซลล์ แต่ในไม่ช้า ประตูปิดการทำงานจะเริ่มปิด (หยุดการทำงานของช่องโซเดียม) ในเวลาต่อมา ประตูเปิดใช้งานจะปิด ประตูปิดการใช้งานจะเปิดขึ้น และช่องจะพร้อมสำหรับรอบใหม่ ช่องนี้ถูกบล็อกโดยเทโตรโดทอกซินและยาชาเฉพาะที่ (โนโวเคน ฯลฯ )

ข้าว. 6. การทำงานของช่องโซเดียมและกลไก "เกต"

A – ที่เหลือ m-gate จะปิด B – เมื่อตื่นเต้น ประตูเอ็มเปิดอยู่ B - การปิด h-gate (ปิดใช้งาน) ระหว่างการดีโพลาไรซ์

ช่องโพแทสเซียมก็ค่อนข้างเลือกเช่นกัน โดยส่วนใหญ่ปล่อยให้โพแทสเซียมไอออนผ่านได้ ถูกบล็อกโดยเตตระเอทิลแอมโมเนียม กระบวนการปิดใช้งานมีการแสดงออกอย่างอ่อนแอ แต่มีช่องโพแทสเซียมพิเศษที่จะเปิดใช้งานเมื่อความเข้มข้นของแคลเซียมในเซลล์เพิ่มขึ้นและเยื่อหุ้มเซลล์จะเปลี่ยนขั้ว การเปิดใช้งานช่องที่ขึ้นกับโพแทสเซียมแคลเซียมจะเร่งการรีโพลาไรเซชัน (การฟื้นฟู MP ที่พักผ่อน)

ช่องแคลเซียม กระแสแคลเซียมที่เข้ามามีไม่มากพอที่จะเปลี่ยนขั้วของเยื่อหุ้มเซลล์ตามปกติ แคลเซียมทำหน้าที่เป็นตัวรอง

คนกลาง (ผู้ส่งสาร) การเปิดใช้งานช่องแคลเซียมนั้นมั่นใจได้โดยการดีโพลาไรเซชันของเยื่อหุ้มเซลล์ เช่น โดยกระแสโซเดียมที่เข้ามา การปิดใช้งานช่องแคลเซียมเกิดขึ้นเมื่อความเข้มข้นภายในเซลล์ของแคลเซียมอิสระเพิ่มขึ้น อย่างไรก็ตาม โปรตีนไซโตพลาสซึมจะจับแคลเซียม ซึ่งทำให้สามารถรักษากระแสแคลเซียมให้คงที่ได้ระยะหนึ่ง แม้ว่าจะอยู่ในระดับต่ำก็ตาม ในกรณีนี้ กระแสโซเดียมจะถูกระงับอย่างสมบูรณ์ ช่องแคลเซียมถูกปิดกั้นโดยแมงกานีส นิกเกิล แคดเมียมไอออน (dvavalent ions) รวมถึงยา (verapamil)

มีการขนส่งไอออนแบบพาสซีฟ (ไม่มีการใช้พลังงาน) และแบบแอคทีฟ (ขึ้นอยู่กับพลังงาน) ผ่านเมมเบรน

Passive เกิดขึ้นเนื่องจากการแพร่กระจายที่ง่ายและสะดวก

การแพร่กระจายอย่างง่ายเป็นไปตามกฎของฟิค - ตามแนวไล่ระดับทางเคมี เคมีไฟฟ้า หรือออสโมติก ตัวอย่างเช่น มีโซเดียม 14 มิลลิโมลในเซลล์ และ 140 มิลลิโมลในตัวกลาง ในกรณีนี้ ควรไหลแบบพาสซีฟเข้าไปในเซลล์โดยตรง

สำหรับการแพร่กระจายอย่างง่ายแบบพาสซีฟ สารจะต้องละลายได้ในไขมัน สารที่ชอบน้ำไม่สามารถผ่านชั้นฟอสโฟไลปิดของเมมเบรนได้

การแพร่กระจายที่อำนวยความสะดวกเกิดขึ้นทั้งต่อหน้าช่องทางพิเศษหรือด้วยการมีส่วนร่วมของผู้ขนส่งที่จับกับโมเลกุลที่ถูกขนส่งเป็นพิเศษ จากนั้นอำนวยความสะดวกในการขนส่งตามระดับความเข้มข้น

การเคลื่อนย้ายไอออนแบบแอคทีฟโดยปั๊มเมมเบรนเซลล์ช่วยให้มั่นใจได้ถึงการรักษาการไล่ระดับไอออนบนทั้งสองด้านของเมมเบรน พลังงานถูกใช้ไปเพื่อขนส่งสารที่กำหนดโดยเทียบกับการไล่ระดับความเข้มข้นของมัน

ได้รับการพิสูจน์การมีส่วนร่วมในการขนส่งไอออนของระบบเอนไซม์เฉพาะทาง - ATPases ซึ่งดำเนินการไฮโดรไลซิสของ ATP มี:

โซเดียม-โพแทสเซียม-ATPase (“ปั๊มโซเดียม”) พบได้ในเยื่อหุ้มเซลล์ของสัตว์ พืช และจุลินทรีย์ทุกชนิด เป็นโปรตีนเมมเบรนที่มีตำแหน่งจับกับไอออนสองแห่ง หนึ่งในนั้น (โซเดียม) ตั้งอยู่บนพื้นผิวด้านในของเยื่อหุ้มเซลล์ส่วนที่สอง (โพแทสเซียม) ตั้งอยู่บนพื้นผิวด้านนอก สารยับยั้งเฉพาะของเอนไซม์คือ cardiac glycoside - strophanthin (ouabain) ซึ่งขัดขวางการทำงานของปั๊มโซเดียม การไฮโดรไลซิสของโมเลกุล ATP หนึ่งโมเลกุลจะมาพร้อมกับการกำจัดโซเดียมไอออนสามตัวออกจากเซลล์และการสูบโพแทสเซียมไอออนสองตัวเข้าไปในเซลล์ เมื่อปริมาณโพแทสเซียมไอออนเพิ่มขึ้นในสภาพแวดล้อมนอกเซลล์หรือโซเดียมไอออนภายในเซลล์ การทำงานของปั๊มก็เพิ่มขึ้น

แคลเซียม-ATPase (“แคลเซียมปั๊ม”) มีการกระจายอย่างกว้างขวางที่สุดในเยื่อหุ้มเซลล์ของโครงร่างซาร์โคพลาสมิกของเซลล์กล้ามเนื้อ

โปรตอน-ATPase (“ปั๊มโปรตอน”) – ในเยื่อหุ้มไมโตคอนเดรีย