Razlika između verzija stranice "Ionski kanal"
| [nepregledana izmjena] | [pregledana izmjena] |
Uklonjeni sadržaj Dodani sadržaj
Rescuing 1 sources and submitting 0 for archiving.) #IABot (v2.0.8 |
No edit summary oznaka: uređivanje izvornog kôda (2017) |
||
| (Nije prikazana 4 međuverzija 3 korisnika) | |||
| Red 1: | Red 1: | ||
[[Slika:Ion channel.png|thumb|upright=1.3|Dijagram ionskog kanala: <br> '''1''' – Kanalski [[proteinski domen|domeni]] (tipski: četiri po kanalu),<br> '''2''' – vanjsko predvorje, <br>'''3''' – [[Kalijev kanal|filter za selektivnost]],<br> '''4''' – promjer filtra za selektivnost, <br>'''5''' – [[fosforilacija]] mjesta , <br>'''6''' – [[ćelijska membrana]].]] |
[[Slika:Ion channel.png|thumb|upright=1.3|Dijagram ionskog kanala: <br> '''1''' – Kanalski [[proteinski domen|domeni]] (tipski: četiri po kanalu),<br> '''2''' – vanjsko predvorje, <br>'''3''' – [[Kalijev kanal|filter za selektivnost]],<br> '''4''' – promjer filtra za selektivnost, <br>'''5''' – [[fosforilacija]] mjesta , <br>'''6''' – [[ćelijska membrana]].]] |
||
''' |
'''Ionske kanale''' formiraju porski [[membranski protein]]i koji omogućavaju [[ion]]ima prolaz kroz pore kanala. Njihove funkcije uključuju uspostavljanje [[potencijal membrane u mirovanju]],<ref>{{cite journal | vauthors = Abdul Kadir L, Stacey M, Barrett-Jolley R | title = Emerging Roles of the Membrane Potential: Action Beyond the Action Potential | journal = Frontiers in Physiology | volume = 9 | pages = 1661 | date = 2018 | pmid = 30519193 | doi = 10.3389/fphys.2018.01661 | pmc = 6258788}}</ref> oblikovanje [[akcijski potencijal|akcijskog potencijala]] i drugih električnih signala, pomoću [[izlaz (elektrofiziologija)|izlaza]] za protok [[ion]]a kroz [[ćelijska membrana|ćelijsku membranu]], kontrolirajući protok iona putem [[sekrecija|sekrecijskih]] i [[epitel]]nih ćelija i reguliranje volumena [[ćelija (biologija)|ćelija]]. Ionski kanali su prisutni u membranama svih ćelija.<ref>{{cite journal | vauthors = Alexander SP, Mathie A, Peters JA |title = Ion Channels |journal=British Journal of Pharmacology |date=novembar 2011 |volume=164 |issue=Suppl 1 |pages=S137–S174 |doi=10.1111/j.1476-5381.2011.01649_5.x|pmc=3315630 }}</ref><ref name=all>{{cite web|url=https://www.nature.com/scitable/topicpage/ion-channel-14047658|title=Ion Channel|publisher=Scitable|year=2014|access-date=28. 5. 2019}}</ref> Ovi kanali su jedna od dvije klase [[ionofora|ionofornih]] proteina, a druga su [[ionski transporter]]i.<ref name="isbn978-0-87893-321-1">{{cite book| last = Hille | first = Bertil | title = Ion Channels of Excitable Membranes | url = https://archive.org/details/ionchannelsofexc0003hill | edition = 3rd | publisher = Sinauer Associates, Inc. | location = Sunderland, Mass | year = 2001 | orig-year = 1984 | pages = [https://archive.org/details/ionchannelsofexc0003hill/page/5 5] | isbn = 978-0-87893-321-1 }}</ref> |
||
Proučavanje ionskih kanala često uključuje više naučnih oblasti, kao što su [[biofizika]], [[elektrofiziologija]] i [[farmakologija]], dok se koriste tehnike [[naponska spona]], [[stezna spona]], [[imunohistohemija]], [[rendgenska kristalografija]], [[fluoroskopija]] i [[RT-PCR]]. Njihova klasifikacija kao molekula naziva se [[kanalomika]]. |
Proučavanje ionskih kanala često uključuje više naučnih oblasti, kao što su [[biofizika]], [[elektrofiziologija]] i [[farmakologija]], dok se koriste tehnike [[naponska spona]], [[stezna spona]], [[imunohistohemija]], [[rendgenska kristalografija]], [[fluoroskopija]] i [[RT-PCR]]. Njihova klasifikacija kao molekula naziva se [[kanalomika]]. |
||
== Osnovna obilježja== |
== Osnovna obilježja== |
||
| Red 8: | Red 8: | ||
Dva obilježavajuća svojstva ionskih kanala ih razlikuju od ostalih vrsta proteina ionskih transportera |
Dva obilježavajuća svojstva ionskih kanala ih razlikuju od ostalih vrsta proteina ionskih transportera |
||
# Stopa brzine transporta iona kroz kanal je vrlo visoka (često 10<sup>6</sup> iona u sekundi ili veća). |
# Stopa brzine transporta iona kroz kanal je vrlo visoka (često 10<sup>6</sup> iona u sekundi ili veća). |
||
#Ioni prolaze kroz kanale niz svoj [[elektrohemijski gradijent]], što je funkcija koncentracije iona i membranskog potencijala, "nizbrdo", bez unosa (ili pomoći) metaboličke energije (npr. [[Adenozin trifosfat|ATP]], mehanizmi [[kotransport]]a ili [[aktivni transport|aktivnog transporta]]). Ionski kanali nalaze se unutar [[ćelijska membrana |
#Ioni prolaze kroz kanale niz svoj [[elektrohemijski gradijent]], što je funkcija koncentracije iona i membranskog potencijala, "nizbrdo", bez unosa (ili pomoći) metaboličke energije (npr. [[Adenozin trifosfat|ATP]], mehanizmi [[kotransport]]a ili [[aktivni transport|aktivnog transporta]]). Ionski kanali nalaze se unutar [[ćelijska membrana|membrana]] svih podražaljivih ćelija<ref name=all/> i mnogih unutarćelijskih [[organela]]. Često se opisuju kao uski tuneli ispunjeni vodom koji propuštaju samo ione određene veličine i/ili naboja. Ova karakteristika se naziva [[selektivna propusnost]]. U svojoj najužoj tački, pora arhetipskog kanala široka je samo jedan ili dva atoma i selektivna je za specifične ione, poput [[natrij]]a ili [[kalij]]a. Međutim, neki kanali mogu biti propusni za prolaz više od jednog tipa iona, obično dijeleći zajednički naboj: pozitivan ([[kation]]i) ili negativni ([[anion]]i). Ioni se često kreću kroz segmente pornih kanala u jednom skupu gotovo jednako brzo kao i ioni kroz slobodni rastvor. U mnogim ionskim kanalima prolaz kroz pore regulira se "kapijom", koja se može otvoriti ili zatvoriti kao odgovor na hemijske ili električne signale, temperaturu ili mehaničku silu. |
||
Ionski kanali su [[integralni membranski protein]]i, tipski formirani kao sklopovi nekoliko pojedinačnih proteina. Takvi sklopovi "multi[[proteinska podjedinica|podjedinica]]" obično uključuju kružni raspored identičnih ili [[homologija (biologija) |
Ionski kanali su [[integralni membranski protein]]i, tipski formirani kao sklopovi nekoliko pojedinačnih proteina. Takvi sklopovi "multi[[proteinska podjedinica|podjedinica]]" obično uključuju kružni raspored identičnih ili [[homologija (biologija)|homolognih]] proteina, usko upakovanih oko vodom napunjene pore kroz ravninu membrane ili [[lipidni dvosloj]].<ref name="isbn978-0-87893-741-7">{{cite book| editor-first1 = Dale | editor-last1 = Purves | editor-first2 = George J. | editor-last2 = Augustine | editor-first3 = David | editor-last3 = Fitzpatrick| editor-first4 = Lawrence. C. | editor-last4 = Katz | editor-first5 = Anthony-Samuel | editor-last5 = LaMantia | editor-first6 = James O. | editor-last6 = McNamara | editor-first7 = S. Mark | editor-last7 = Williams| title = Neuroscience | edition = 2nd | publisher = Sinauer Associates Inc. | year = 2001 | chapter = Chapter 4: Channels and Transporters | isbn = 978-0-87893-741-7 | chapter-url = https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?rid=neurosci.chapter.227 }}</ref><ref name="isbn0-397-51820-X">{{cite book| vauthors = Hille B, Catterall WA | editor-first1 = George J | editor-last1 = Siegel | editor-first2 = Bernard W | editor-last2 = Agranoff | editor-first3 = R. W | editor-last3 = Albers | editor-first4 = Stephen K | editor-last4 = Fisher | editor-first5 = Michael D | editor-last5 = Uhler | title = Basic neurochemistry: molecular, cellular, and medical aspects | publisher = Lippincott-Raven | location = Philadelphia | year = 1999 | chapter = Chapter 6: Electrical Excitability and Ion Channels| isbn = 978-0-397-51820-3 | chapter-url = https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?rid=bnchm.chapter.421 }}</ref> Za većinu [[naponski usmereni ionski kanal|naponski usmjerenih ionskih kanala]] podjedinica (e) koja formira pore naziva se α podjedinica, dok se pomoćne podjedinice označavaju kao β, γ i tako dalje. |
||
== Biološka uloga == |
== Biološka uloga == |
||
Budući da su kanali u osnovi [[nervni impuls|nervnog impulsa]] i jer kanali "aktivirani predajnikom" posreduju u provođenju kroz [[sinapsa|sinapse]], kanali su posebno istaknute komponente [[nervni sistem|nervnog sistema]]. Zapravo, [[blokatori ionskih kanala| |
Budući da su kanali u osnovi [[nervni impuls|nervnog impulsa]] i jer kanali "aktivirani predajnikom" posreduju u provođenju kroz [[sinapsa|sinapse]], kanali su posebno istaknute komponente [[nervni sistem|nervnog sistema]]. Zapravo, [[blokatori ionskih kanala|brojni toksini]] koji su evoluirali radi isključivanja nervnog sistema grabljivica i plijena (npr. otrovi koje proizvode pauci, škorpije, zmije, ribe, pčele, morski puževi i drugi) djeluju moduliranjem vodljivosti ionskog kanala i / ili njihove kinetike. Pored toga, ionski kanali su ključne komponente u širokom spektru bioloških procesa koji uključuju brze promjene u ćelijama, kao što su [[srčani mišić|srčane]], [[skeletni mišić|skeletne]] i [[glatki mišić|glatkomišićne]] [[Mišićna kontrakcija|kontrakcije]], [[epitel]]ni transport hranljivih sastojaka i iona, aktivacija [[T-ćelija]] i oslobađanje [[insulin]]a iz beta-ćelija [[gušterača|pankreasa]], Ionski kanali su česta meta u potrazi za novim lijekovima.<ref name="pmid17395128">{{cite journal | vauthors = Camerino DC, Tricarico D, Desaphy JF | title = Ion channel pharmacology | journal = Neurotherapeutics | volume = 4 | issue = 2 | pages = 184–98 | date = april 2007 | pmid = 17395128 | doi = 10.1016/j.nurt.2007.01.013 | doi-access = free }}</ref><ref name="pmid19153558">{{cite journal | vauthors = Verkman AS, Galietta LJ | title = Chloride channels as drug targets | journal = Nature Reviews. Drug Discovery | volume = 8 | issue = 2 | pages = 153–71 | date = februar 2009 | pmid = 19153558 | pmc = 3601949 | doi = 10.1038/nrd2780 }}</ref><ref name="pmid19161833">{{cite book | vauthors = Camerino DC, Desaphy JF, Tricarico D, Pierno S, Liantonio A | title = Therapeutic approaches to ion channel diseases | volume = 64 | pages = 81–145 | year = 2008 | pmid = 19161833 | doi = 10.1016/S0065-2660(08)00804-3 | isbn = 978-0-12-374621-4 | series = Advances in Genetics }}</ref> |
||
== Detaljna struktura == |
== Detaljna struktura == |
||
Kanali se razlikuju u odnosu na ion koji propuštaju (naprimjer, [[natrij|Na<sup>+</sup>]], [[kalij|K<sup>+</sup>]], [[hlor|Cl<sup>–</sup>]]), kao i načine na koje se mogu regulirati, broj podjedinica od kojih su sastavljeni i druge aspekte strukture.<ref>{{cite book | vauthors = Lim C, Dudev T | title = The Alkali Metal Ions: Their Role for Life | chapter = Potassium Versus Sodium Selectivity in Monovalent Ion Channel Selectivity Filters | volume = 16 | pages = 325–47 | date = 2016 | pmid = 26860306 | doi = 10.1007/978-3-319-21756-7_10 | publisher = Springer | veditors = Sigel A, Sigel H, Sigel R | series = Metal Ions in Life Sciences | isbn = 978-3-319-21755-0 }}</ref> Kanali koji pripadaju najvećoj klasi, koja uključuje naponski ograničene kanale koji su u osnovi nervnog impulsa, sastoje se od četiri podjedinice, sa po šest [[transmembranski heliks| |
Kanali se razlikuju u odnosu na ion koji propuštaju (naprimjer, [[natrij|Na<sup>+</sup>]], [[kalij|K<sup>+</sup>]], [[hlor|Cl<sup>–</sup>]]), kao i načine na koje se mogu regulirati, broj podjedinica od kojih su sastavljeni i druge aspekte strukture.<ref>{{cite book | vauthors = Lim C, Dudev T | title = The Alkali Metal Ions: Their Role for Life | chapter = Potassium Versus Sodium Selectivity in Monovalent Ion Channel Selectivity Filters | volume = 16 | pages = 325–47 | date = 2016 | pmid = 26860306 | doi = 10.1007/978-3-319-21756-7_10 | publisher = Springer | veditors = Sigel A, Sigel H, Sigel R | series = Metal Ions in Life Sciences | isbn = 978-3-319-21755-0 }}</ref> Kanali koji pripadaju najvećoj klasi, koja uključuje naponski ograničene kanale koji su u osnovi nervnog impulsa, sastoje se od četiri podjedinice, sa po šest [[transmembranski heliks|transmembranskih heliksa]]. Pri aktivaciji, ove spiralne kretnje se otvaraju, čim otvaraju i pore. Dvije od ovih šest spirala odvojene su petljom koja poravnava pore i primarna je odrednica selektivnosti i provodljivosti iona u ovoj klasi kanala i nekim drugim. Postojanje i mehanizam selektivnosti iona prvi su postulirali [[Bertil Hille]] i [[Clay Armstrong]], krajem 1960-ih.<ref name="pmid5315827">{{cite journal | vauthors = Hille B | title = The permeability of the sodium channel to organic cations in myelinated nerve | journal = The Journal of General Physiology | volume = 58 | issue = 6 | pages = 599–619 | date = decembar 1971 | pmid = 5315827 | pmc = 2226049 | doi = 10.1085/jgp.58.6.599}}</ref><ref name="pmid4644327">{{cite journal | vauthors = Bezanilla F, Armstrong CM | title = Negative conductance caused by entry of sodium and cesium ions into the potassium channels of squid axons | journal = The Journal of General Physiology | volume = 60 | issue = 5 | pages = 588–608 | date = novembar 1972 | pmid = 4644327 | pmc = 2226091 | doi = 10.1085/jgp.60.5.588 }}</ref><ref name="pmid4541077">{{cite journal | vauthors = Hille B | title = Potassium channels in myelinated nerve. Selective permeability to small cations | journal = The Journal of General Physiology | volume = 61 | issue = 6 | pages = 669–86 | date = juni 1973 | pmid = 4541077 | pmc = 2203488 | doi = 10.1085/jgp.61.6.669}}</ref><ref name="pmid 1194886">{{cite journal | vauthors = Hille B | title = Ionic selectivity, saturation, and block in sodium channels. A four-barrier model | journal = The Journal of General Physiology | volume = 66 | issue = 5 | pages = 535–60 | date = novembar 1975 | pmid = 1194886 | pmc = 2226224 | doi = 10.1085/jgp.66.5.535}}</ref><ref name="pmid29363566">{{cite journal | vauthors = Hille B | title = Journal of General Physiology: Membrane permeation and ion selectivity | journal = The Journal of General Physiology | volume = 150 | issue = 3 | pages = 389–400 | date = mart 2018 | pmid = 29363566 | pmc = 5839722 | doi = 10.1085/jgp.201711937}}</ref> |
||
Ideja ionske selektivnosti za kalijeve kanale bila je da karbonilni kisici proteinskih okosnica "selektivnog filtra" (termin uveo [[Bertil Hille]]) mogu efikasno zamijeniti molekule vode koje normalno štite kalijeve ione, ali da se ioni natrija, bili manji i ne, mogu potpuno dehidrirati da omoguće takvu zaštitu, pa stoga nisu mogli proći. Ovaj mehanizam je konačno potvrđen kada je razjašnjena prva struktura ionskog kanala. Kao model za proučavanje permeabilnosti i selektivnosti ionskih kanala u Mackinnonovoj laboratoriji korišten je bakterijski kalijev kanal ''KcsA'', koji se sastoji samo od filtera za selektivnost, "P" petlje i dva transmembranska vijka. Određivanje molekularne strukture KcsA izveo je [[Roderick MacKinnon]] pomoću [[kristalografija| |
Ideja ionske selektivnosti za kalijeve kanale bila je da karbonilni kisici proteinskih okosnica "selektivnog filtra" (termin uveo [[Bertil Hille]]) mogu efikasno zamijeniti molekule vode koje normalno štite kalijeve ione, ali da se ioni natrija, bili manji i ne, mogu potpuno dehidrirati da omoguće takvu zaštitu, pa stoga nisu mogli proći. Ovaj mehanizam je konačno potvrđen kada je razjašnjena prva struktura ionskog kanala. Kao model za proučavanje permeabilnosti i selektivnosti ionskih kanala u Mackinnonovoj laboratoriji korišten je bakterijski kalijev kanal ''KcsA'', koji se sastoji samo od filtera za selektivnost, "P" petlje i dva transmembranska vijka. Određivanje molekularne strukture KcsA izveo je [[Roderick MacKinnon]] pomoću [[kristalografija|kristalografije X-zraka]] i osvojio dio [[Nobelova nagrada za hemiju|Nobelove nagrade za hemiju]], u 2003.<ref name="pmid9525859">{{cite journal | vauthors = Doyle DA, Morais Cabral J, Pfuetzner RA, Kuo A, Gulbis JM, Cohen SL, Chait BT, MacKinnon R | display-authors = 6 | title = The structure of the potassium channel: molecular basis of K+ conduction and selectivity | journal = Science | volume = 280 | issue = 5360 | pages = 69–77 | date = april 1998 | pmid = 9525859 | doi = 10.1126/science.280.5360.69 | bibcode = 1998Sci...280...69D }}</ref> |
||
Zbog njihove male veličine i poteškoća u kristalizaciji integralnih membranskih proteina za rendgensku analizu, tek su nedavno naučnici uspjeli izravno ispitati kako "kanali izgledaju". Pogotovo u slučajevima kada je kristalografija zahtijevala uklanjanje kanala s membrana deterdžentom, mnogi istraživači smatraju da su slike koje su dobijene okvirne. Primjer je dugo očekivana kristalna struktura naponskog kalijevog kanala, koja je objavljena u maju 2003.<ref name="pmid12721618">{{cite journal | vauthors = Jiang Y, Lee A, Chen J, Ruta V, Cadene M, Chait BT, MacKinnon R | title = X-ray structure of a voltage-dependent K+ channel | journal = Nature | volume = 423 | issue = 6935 | pages = 33–41 | date = |
Zbog njihove male veličine i poteškoća u kristalizaciji integralnih membranskih proteina za rendgensku analizu, tek su nedavno naučnici uspjeli izravno ispitati kako "kanali izgledaju". Pogotovo u slučajevima kada je kristalografija zahtijevala uklanjanje kanala s membrana deterdžentom, mnogi istraživači smatraju da su slike koje su dobijene okvirne. Primjer je dugo očekivana kristalna struktura naponskog kalijevog kanala, koja je objavljena u maju 2003.<ref name="pmid12721618">{{cite journal | vauthors = Jiang Y, Lee A, Chen J, Ruta V, Cadene M, Chait BT, MacKinnon R | title = X-ray structure of a voltage-dependent K+ channel | journal = Nature | volume = 423 | issue = 6935 | pages = 33–41 | date = maj 2003 | pmid = 12721618 | doi = 10.1038/nature01580 | bibcode = 2003Natur.423...33J}}</ref><ref name="pmid16598263">{{cite journal | vauthors = Lunin VV, Dobrovetsky E, Khutoreskaya G, Zhang R, Joachimiak A, Doyle DA, Bochkarev A, Maguire ME, Edwards AM, Koth CM | display-authors = 6 | title = Crystal structure of the CorA Mg2+ transporter | journal = Nature | volume = 440 | issue = 7085 | pages = 833–7 | date = april 2006 | pmid = 16598263 | pmc = 3836678 | doi = 10.1038/nature04642 | bibcode = 2006Natur.440..833L }}</ref> Jedna neizbježna dvosmislenost oko ovih struktura odnosi se na snažne dokaze da kanali mijenjaju konformaciju dok djeluju (naprimjer, otvaraju se i zatvaraju), tako da bi struktura u kristalu mogla predstavljati bilo koje od ovih operativnih stanja. Većinu onoga što su istraživači do sada zaključili o radu kanala utvrdili su putem metoda [[elektrofiziologija|elektrofiziologije]], [[biohemija|biohemije]], poređenja [[gen]]skih sekvenci i [[mutageneza|mutageneze]]. |
||
Kanali mogu imati pojedinačne (CLIC) do višestruke transmembranske (K-kanale, P2X-receptore, Na-kanale) domene koji se protežu kroz plazmatsku membranu da bi stvorili pore. Pore može odrediti selektivnost kanala. Ulazi se mogu formirati unutar ili izvan područja pora. |
Kanali mogu imati pojedinačne (CLIC) do višestruke transmembranske (K-kanale, P2X-receptore, Na-kanale) domene koji se protežu kroz plazmatsku membranu da bi stvorili pore. Pore može odrediti selektivnost kanala. Ulazi se mogu formirati unutar ili izvan područja pora. |
||
== Farmakologija == |
== Farmakologija == |
||
| Red 31: | Red 31: | ||
{{glavni| Blokator ionskih kanala}} |
{{glavni| Blokator ionskih kanala}} |
||
Raznovrsni [[Blokator ionskih kanala|blokatori jonskih kanala]] (anorganske i organske molekule) mogu modulirati aktivnost i provodljivost ionskih kanala. |
Raznovrsni [[Blokator ionskih kanala|blokatori jonskih kanala]] (anorganske i organske molekule) mogu modulirati aktivnost i provodljivost ionskih kanala. |
||
Neki od najčešće korištenih blokatora uključuju: |
Neki od najčešće korištenih blokatora uključuju: |
||
* [[Tetrodotoksin]] (TTX), za odbranu koriste neke vrste [[riba]] i [[daždevnjak]]a. Blokira natrijeve kanale. |
* [[Tetrodotoksin]] (TTX), za odbranu koriste neke vrste [[riba]] i [[daždevnjak]]a. Blokira natrijeve kanale. |
||
| Red 39: | Red 39: | ||
* [[Dendrotoksin]] proizvodi [[zmija]] [[mamba]] i blokira kalijeve kanale. |
* [[Dendrotoksin]] proizvodi [[zmija]] [[mamba]] i blokira kalijeve kanale. |
||
* [[Iberiotoksin]] proizvodi '' [[Buthus]] tamulus '' (istočnoindijski škorpion) i blokira kalijeve kanale. |
* [[Iberiotoksin]] proizvodi '' [[Buthus]] tamulus '' (istočnoindijski škorpion) i blokira kalijeve kanale. |
||
* [[Heteropodatoksin]] proizvodi '' [[Heteropoda venatoria]] '' (smeđi pauk lovac ili laja) i blokira kalijeve kanale. |
* [[Heteropodatoksin]] proizvodi '' [[Heteropoda venatoria]] '' (smeđi pauk lovac ili laja) i blokira kalijeve kanale. |
||
=== Aktivatori ionskih kanala === |
=== Aktivatori ionskih kanala === |
||
| Red 47: | Red 47: | ||
* [[Hloridni otvarač kanala]], kao što je [[fenantrolin]]; |
* [[Hloridni otvarač kanala]], kao što je [[fenantrolin]]; |
||
* [[Otvarač kalijevih kanala]], kao što je [[minoksidil]]; |
* [[Otvarač kalijevih kanala]], kao što je [[minoksidil]]; |
||
* [[Otvarač natrijevih kanala]], kao što je [[DDT]]. |
* [[Otvarač natrijevih kanala]], kao što je [[DDT]]. |
||
== Također pogledajte == |
== Također pogledajte == |
||
| Red 56: | Red 56: | ||
* [[Neurotoksin]] |
* [[Neurotoksin]] |
||
* [[Pasivni transport]] |
* [[Pasivni transport]] |
||
* [[ |
* [[Sintetski ionski kanali]] |
||
* [[Transmembranski receptor]] |
* [[Transmembranski receptor]] |
||
{{clear}} |
{{clear}} |
||
| Red 74: | Red 74: | ||
[[Kategorija:Ćelijska komunikacija]] |
[[Kategorija:Ćelijska komunikacija]] |
||
[[Kategorija: |
[[Kategorija:Elektrofiziologija]] |
||
[[Kategorija: |
[[Kategorija:Integralni membranski proteini]] |
||
[[Kategorija: |
[[Kategorija:Ionski kanali| Ionski kanali]] |
||
[[Kategorija: |
[[Kategorija:Neurohemija]] |
||
[[Kategorija: |
[[Kategorija:Proteinske porodice]] |
||
Trenutna verzija na dan 9 mart 2023 u 11:07
1 – Kanalski domeni (tipski: četiri po kanalu),
2 – vanjsko predvorje,
3 – filter za selektivnost,
4 – promjer filtra za selektivnost,
5 – fosforilacija mjesta ,
6 – ćelijska membrana.
Ionske kanale formiraju porski membranski proteini koji omogućavaju ionima prolaz kroz pore kanala. Njihove funkcije uključuju uspostavljanje potencijal membrane u mirovanju,[1] oblikovanje akcijskog potencijala i drugih električnih signala, pomoću izlaza za protok iona kroz ćelijsku membranu, kontrolirajući protok iona putem sekrecijskih i epitelnih ćelija i reguliranje volumena ćelija. Ionski kanali su prisutni u membranama svih ćelija.[2][3] Ovi kanali su jedna od dvije klase ionofornih proteina, a druga su ionski transporteri.[4]
Proučavanje ionskih kanala često uključuje više naučnih oblasti, kao što su biofizika, elektrofiziologija i farmakologija, dok se koriste tehnike naponska spona, stezna spona, imunohistohemija, rendgenska kristalografija, fluoroskopija i RT-PCR. Njihova klasifikacija kao molekula naziva se kanalomika.
Osnovna obilježja
[uredi | uredi izvor]
Dva obilježavajuća svojstva ionskih kanala ih razlikuju od ostalih vrsta proteina ionskih transportera
- Stopa brzine transporta iona kroz kanal je vrlo visoka (često 106 iona u sekundi ili veća).
- Ioni prolaze kroz kanale niz svoj elektrohemijski gradijent, što je funkcija koncentracije iona i membranskog potencijala, "nizbrdo", bez unosa (ili pomoći) metaboličke energije (npr. ATP, mehanizmi kotransporta ili aktivnog transporta). Ionski kanali nalaze se unutar membrana svih podražaljivih ćelija[3] i mnogih unutarćelijskih organela. Često se opisuju kao uski tuneli ispunjeni vodom koji propuštaju samo ione određene veličine i/ili naboja. Ova karakteristika se naziva selektivna propusnost. U svojoj najužoj tački, pora arhetipskog kanala široka je samo jedan ili dva atoma i selektivna je za specifične ione, poput natrija ili kalija. Međutim, neki kanali mogu biti propusni za prolaz više od jednog tipa iona, obično dijeleći zajednički naboj: pozitivan (kationi) ili negativni (anioni). Ioni se često kreću kroz segmente pornih kanala u jednom skupu gotovo jednako brzo kao i ioni kroz slobodni rastvor. U mnogim ionskim kanalima prolaz kroz pore regulira se "kapijom", koja se može otvoriti ili zatvoriti kao odgovor na hemijske ili električne signale, temperaturu ili mehaničku silu.
Ionski kanali su integralni membranski proteini, tipski formirani kao sklopovi nekoliko pojedinačnih proteina. Takvi sklopovi "multipodjedinica" obično uključuju kružni raspored identičnih ili homolognih proteina, usko upakovanih oko vodom napunjene pore kroz ravninu membrane ili lipidni dvosloj.[5][6] Za većinu naponski usmjerenih ionskih kanala podjedinica (e) koja formira pore naziva se α podjedinica, dok se pomoćne podjedinice označavaju kao β, γ i tako dalje.
Biološka uloga
[uredi | uredi izvor]Budući da su kanali u osnovi nervnog impulsa i jer kanali "aktivirani predajnikom" posreduju u provođenju kroz sinapse, kanali su posebno istaknute komponente nervnog sistema. Zapravo, brojni toksini koji su evoluirali radi isključivanja nervnog sistema grabljivica i plijena (npr. otrovi koje proizvode pauci, škorpije, zmije, ribe, pčele, morski puževi i drugi) djeluju moduliranjem vodljivosti ionskog kanala i / ili njihove kinetike. Pored toga, ionski kanali su ključne komponente u širokom spektru bioloških procesa koji uključuju brze promjene u ćelijama, kao što su srčane, skeletne i glatkomišićne kontrakcije, epitelni transport hranljivih sastojaka i iona, aktivacija T-ćelija i oslobađanje insulina iz beta-ćelija pankreasa, Ionski kanali su česta meta u potrazi za novim lijekovima.[7][8][9]
Detaljna struktura
[uredi | uredi izvor]Kanali se razlikuju u odnosu na ion koji propuštaju (naprimjer, Na+, K+, Cl–), kao i načine na koje se mogu regulirati, broj podjedinica od kojih su sastavljeni i druge aspekte strukture.[10] Kanali koji pripadaju najvećoj klasi, koja uključuje naponski ograničene kanale koji su u osnovi nervnog impulsa, sastoje se od četiri podjedinice, sa po šest transmembranskih heliksa. Pri aktivaciji, ove spiralne kretnje se otvaraju, čim otvaraju i pore. Dvije od ovih šest spirala odvojene su petljom koja poravnava pore i primarna je odrednica selektivnosti i provodljivosti iona u ovoj klasi kanala i nekim drugim. Postojanje i mehanizam selektivnosti iona prvi su postulirali Bertil Hille i Clay Armstrong, krajem 1960-ih.[11][12][13][14][15]
Ideja ionske selektivnosti za kalijeve kanale bila je da karbonilni kisici proteinskih okosnica "selektivnog filtra" (termin uveo Bertil Hille) mogu efikasno zamijeniti molekule vode koje normalno štite kalijeve ione, ali da se ioni natrija, bili manji i ne, mogu potpuno dehidrirati da omoguće takvu zaštitu, pa stoga nisu mogli proći. Ovaj mehanizam je konačno potvrđen kada je razjašnjena prva struktura ionskog kanala. Kao model za proučavanje permeabilnosti i selektivnosti ionskih kanala u Mackinnonovoj laboratoriji korišten je bakterijski kalijev kanal KcsA, koji se sastoji samo od filtera za selektivnost, "P" petlje i dva transmembranska vijka. Određivanje molekularne strukture KcsA izveo je Roderick MacKinnon pomoću kristalografije X-zraka i osvojio dio Nobelove nagrade za hemiju, u 2003.[16]
Zbog njihove male veličine i poteškoća u kristalizaciji integralnih membranskih proteina za rendgensku analizu, tek su nedavno naučnici uspjeli izravno ispitati kako "kanali izgledaju". Pogotovo u slučajevima kada je kristalografija zahtijevala uklanjanje kanala s membrana deterdžentom, mnogi istraživači smatraju da su slike koje su dobijene okvirne. Primjer je dugo očekivana kristalna struktura naponskog kalijevog kanala, koja je objavljena u maju 2003.[17][18] Jedna neizbježna dvosmislenost oko ovih struktura odnosi se na snažne dokaze da kanali mijenjaju konformaciju dok djeluju (naprimjer, otvaraju se i zatvaraju), tako da bi struktura u kristalu mogla predstavljati bilo koje od ovih operativnih stanja. Većinu onoga što su istraživači do sada zaključili o radu kanala utvrdili su putem metoda elektrofiziologije, biohemije, poređenja genskih sekvenci i mutageneze.
Kanali mogu imati pojedinačne (CLIC) do višestruke transmembranske (K-kanale, P2X-receptore, Na-kanale) domene koji se protežu kroz plazmatsku membranu da bi stvorili pore. Pore može odrediti selektivnost kanala. Ulazi se mogu formirati unutar ili izvan područja pora.
Farmakologija
[uredi | uredi izvor]Hemijske supstance mogu modulirati aktivnost ionskih kanala, naprimjer tako što ih blokiraju ili aktiviraju.
Blokatori ionskih kanala
[uredi | uredi izvor]Raznovrsni blokatori jonskih kanala (anorganske i organske molekule) mogu modulirati aktivnost i provodljivost ionskih kanala. Neki od najčešće korištenih blokatora uključuju:
- Tetrodotoksin (TTX), za odbranu koriste neke vrste riba i daždevnjaka. Blokira natrijeve kanale.
- Saksitoksin proizvodi dinoflagelat poznat i kao "crvena plima". Blokira natrijeve kanale ovisne o naponu.
- Conotoksin korista puževi u konusu za lov na plijen.
- Lidokain i Novokain pripadaju klasi lokalnih anestetika koji blokiraju natrijeve ionske kanale.
- Dendrotoksin proizvodi zmija mamba i blokira kalijeve kanale.
- Iberiotoksin proizvodi Buthus tamulus (istočnoindijski škorpion) i blokira kalijeve kanale.
- Heteropodatoksin proizvodi Heteropoda venatoria (smeđi pauk lovac ili laja) i blokira kalijeve kanale.
Aktivatori ionskih kanala
[uredi | uredi izvor]Poznato je nekoliko spojeva koji pospješuju otvaranje ili aktiviranje određenih ionskih kanala. Klasificirani su prema kanalu na kojem djeluju:
- Otvarač kalcijevih kanala, kao što je Bay K8644;
- Hloridni otvarač kanala, kao što je fenantrolin;
- Otvarač kalijevih kanala, kao što je minoksidil;
- Otvarač natrijevih kanala, kao što je DDT.
Također pogledajte
[uredi | uredi izvor]- Alfa-heliks
- Porodica ionskih kanala kako je definirano u Pfam i InterPro
- Ki baza podataka
- Lipidni dvosloj
- Neurotoksin
- Pasivni transport
- Sintetski ionski kanali
- Transmembranski receptor
Reference
[uredi | uredi izvor]- ^ Abdul Kadir L, Stacey M, Barrett-Jolley R (2018). "Emerging Roles of the Membrane Potential: Action Beyond the Action Potential". Frontiers in Physiology. 9: 1661. doi:10.3389/fphys.2018.01661. PMC 6258788. PMID 30519193.
- ^ Alexander SP, Mathie A, Peters JA (novembar 2011). "Ion Channels". British Journal of Pharmacology. 164 (Suppl 1): S137–S174. doi:10.1111/j.1476-5381.2011.01649_5.x. PMC 3315630.
- ^ a b "Ion Channel". Scitable. 2014. Pristupljeno 28. 5. 2019.
- ^ Hille, Bertil (2001) [1984]. Ion Channels of Excitable Membranes (3rd izd.). Sunderland, Mass: Sinauer Associates, Inc. str. 5. ISBN 978-0-87893-321-1.
- ^ Purves, Dale; Augustine, George J.; Fitzpatrick, David; Katz, Lawrence. C.; LaMantia, Anthony-Samuel; McNamara, James O.; Williams, S. Mark, ured. (2001). "Chapter 4: Channels and Transporters". Neuroscience (2nd izd.). Sinauer Associates Inc. ISBN 978-0-87893-741-7.
- ^ Hille B, Catterall WA (1999). "Chapter 6: Electrical Excitability and Ion Channels". u Siegel GJ, Agranoff BW, Albers RW, Fisher SK, Uhler MD (ured.). Basic neurochemistry: molecular, cellular, and medical aspects. Philadelphia: Lippincott-Raven. ISBN 978-0-397-51820-3.
- ^ Camerino DC, Tricarico D, Desaphy JF (april 2007). "Ion channel pharmacology". Neurotherapeutics. 4 (2): 184–98. doi:10.1016/j.nurt.2007.01.013. PMID 17395128.
- ^ Verkman AS, Galietta LJ (februar 2009). "Chloride channels as drug targets". Nature Reviews. Drug Discovery. 8 (2): 153–71. doi:10.1038/nrd2780. PMC 3601949. PMID 19153558.
- ^ Camerino DC, Desaphy JF, Tricarico D, Pierno S, Liantonio A (2008). Therapeutic approaches to ion channel diseases. Advances in Genetics. 64. str. 81–145. doi:10.1016/S0065-2660(08)00804-3. ISBN 978-0-12-374621-4. PMID 19161833.
- ^ Lim C, Dudev T (2016). "Potassium Versus Sodium Selectivity in Monovalent Ion Channel Selectivity Filters". u Sigel A, Sigel H, Sigel R (ured.). The Alkali Metal Ions: Their Role for Life. Metal Ions in Life Sciences. 16. Springer. str. 325–47. doi:10.1007/978-3-319-21756-7_10. ISBN 978-3-319-21755-0. PMID 26860306.
- ^ Hille B (decembar 1971). "The permeability of the sodium channel to organic cations in myelinated nerve". The Journal of General Physiology. 58 (6): 599–619. doi:10.1085/jgp.58.6.599. PMC 2226049. PMID 5315827.
- ^ Bezanilla F, Armstrong CM (novembar 1972). "Negative conductance caused by entry of sodium and cesium ions into the potassium channels of squid axons". The Journal of General Physiology. 60 (5): 588–608. doi:10.1085/jgp.60.5.588. PMC 2226091. PMID 4644327.
- ^ Hille B (juni 1973). "Potassium channels in myelinated nerve. Selective permeability to small cations". The Journal of General Physiology. 61 (6): 669–86. doi:10.1085/jgp.61.6.669. PMC 2203488. PMID 4541077.
- ^ Hille B (novembar 1975). "Ionic selectivity, saturation, and block in sodium channels. A four-barrier model". The Journal of General Physiology. 66 (5): 535–60. doi:10.1085/jgp.66.5.535. PMC 2226224. PMID 1194886.
- ^ Hille B (mart 2018). "Journal of General Physiology: Membrane permeation and ion selectivity". The Journal of General Physiology. 150 (3): 389–400. doi:10.1085/jgp.201711937. PMC 5839722. PMID 29363566.
- ^ Doyle DA, Morais Cabral J, Pfuetzner RA, Kuo A, Gulbis JM, Cohen SL, et al. (april 1998). "The structure of the potassium channel: molecular basis of K+ conduction and selectivity". Science. 280 (5360): 69–77. Bibcode:1998Sci...280...69D. doi:10.1126/science.280.5360.69. PMID 9525859.
- ^ Jiang Y, Lee A, Chen J, Ruta V, Cadene M, Chait BT, MacKinnon R (maj 2003). "X-ray structure of a voltage-dependent K+ channel". Nature. 423 (6935): 33–41. Bibcode:2003Natur.423...33J. doi:10.1038/nature01580. PMID 12721618.
- ^ Lunin VV, Dobrovetsky E, Khutoreskaya G, Zhang R, Joachimiak A, Doyle DA, et al. (april 2006). "Crystal structure of the CorA Mg2+ transporter". Nature. 440 (7085): 833–7. Bibcode:2006Natur.440..833L. doi:10.1038/nature04642. PMC 3836678. PMID 16598263.
Vanjski linkovi
[uredi | uredi izvor]- "Voltage-Gated Ion Channels". IUPHAR Database of Receptors and Ion Channels. International Union of Basic and Clinical Pharmacology.
- "TRIP Database". a manually curated database of protein-protein interactions for mammalian TRP channels. Arhivirano s originala, 10. 8. 2016. Pristupljeno 21. 5. 2021.
- Ion Channels na US National Library of Medicine Medical Subject Headings (MeSH)
