Jonu kanāls ir tansmembrānas proteīns, kas veido poru membrānā un ļauj joniem iziet caur to. Joni ir elektriski uzlādētas daļiņas; tie var būt gan pozitīvi, gan arī negatīvi uzlādēti. Tie ir pastāvīgā apmaiņā starp šūnu un tās vidi vai citu blakus esošo šūnu.
Kas ir jonu kanāls?
Šūnas membrāna sastāv no lipīdu divslāņa. Jonu kanāli ir transmembrāni proteīni kas aptver membrānu un ļauj joniem iziet cauri. Jonu kanālus sauc arī par kanāliem proteīni jo tie veido eju. Jonu kanālu grupa ir sadalīta dažādās kategorijās, aktīvajos jonu kanālos un pasīvajos jonu kanālos. Aktīvie jonu kanāli ar aktīvu transportu rada jonu pāreju, tāpēc šim procesam nepieciešama enerģija. Savukārt pasīvie jonu kanāli nepatērē enerģiju un ļauj joniem pāriet pa jau esošu elektroķīmisko gradientu. Šo gradientu var iedalīt ķīmiskajos un elektroķīmiskajos komponentos. Ķīmiskais gradients apraksta a koncentrācija gradients. Noteiktas vielas daļiņas, piemēram, kālijs, pārvietojiet nekoordinēti starp diviem nodalījumiem ar jonu kanālu palīdzību. Tā rezultātā tiek izveidota uniforma sadale no šīm daļiņām starp diviem nodalījumiem. To sauc arī par Brauna molekulāro kustību. Elektriskais gradients, no otras puses, ietver sadale elektriskā sprieguma. Piemēram, ja vienā nodalījumā ir palielināts negatīvs lādiņš, tiek veidots elektriskais gradients. Pēc tam otra nodalījuma pozitīvās daļiņas pāriet uz negatīvi lādēto nodalījumu, lai līdzsvarotu gradienta izveidoto nevienlīdzīgo spriegumu. Aktīvie jonu kanāli īpaši darbojas pret gradientu. Piemēram, viņi var transportēt papildu negatīvi lādētas daļiņas jau negatīvi uzlādētā nodalījumā. Tomēr šim procesam ir nepieciešams enerģijas patēriņš.
Funkcija, darbība un uzdevumi
Jonu kanāliem ir dažādas funkcijas. Ar raidītāju vadīti jonu kanāli sinapses neironiem ir svarīga funkcija signālu pārraidē starp dažādiem neironiem. Šāda veida jonu kanāli atrodas postsinaptiskajā terminālā. Kad notiek ienākošs signāls, sinapsē tiek atbrīvots konkrēts neiromeditors. Raidītājs ienāk sinaptiskā sprauga un saistās ar raidītāja vadīto jonu kanālu receptoriem. Tie tiek atvērti un mainīts postsinapses membrānas potenciāls. Atkarībā no tā tiek radīts ierosinošs vai inhibējošs membrānas potenciāls. Tas ir atkarīgs no tā, vai membrānas potenciāls tiek paaugstināts vai nolaists, un to savukārt nosaka jonu pieplūdums caur raidītāja novadītu jonu kanālu. Stimulu pārnešana neironā, tas var būt smadzenes vai arī muguras smadzenes, rada jonu kanāli. Piemēram, šādā veidā ir iespējams redzes process, bet arī stimulu pārnešana refleksā, piemēram, hamstringa refleksā. Kad notiek membrānas potenciāla izmaiņas, notiek jonu kanālu atvēršanās gar neironiem. Tas rada izmainītā membrānas potenciāla vadību, līdz ar neironu līdzīgu domino efektam. Membrānas spriegums sākotnēji rodas tāpēc, ka neirona iekšpusē ir negatīvs lādiņš un ārpusšūnu zonā - pozitīvs lādiņš. Ja tiek pārsniegts tā sauktais membrānas sprieguma atpūtas potenciāls, notiek membrānas hiperpolarizācija. Tā rezultātā membrānas spriegums kļūst vēl negatīvāks. Tas notiek jonu kanālu atvēršanās vai arī aizvēršanās dēļ. Šie jonu kanāli ir kālijs, kalcijs, hlorīds un nātrijs kanālus. Tie ir atkarīgi no sprieguma, ti, tie atveras vai aizveras atkarībā no membrānas potenciāla. Šo procesu sauc darbības potenciāls un ir sadalīts dažādos posmos. Pirmkārt, notiek iniciācijas fāze. Tad notiek depolarizācija, kam seko repolarizācija, kurā atkal tiek sasniegts atpūtas potenciāls. Parasti hiperpolarizācija tomēr notiek pirms repolarizācijas. Tas kalpo, lai nodrošinātu, ka tālāk darbības potenciāls tiek aktivizēts tieši pēc tam, kad ir radies darbības potenciāls un rodas nepārtraukts stimuls. Jonu kanāliem ir arī svarīga funkcija osmozes regulēšanā, kā arī skābes bāzes uzturēšanā līdzsvarot organismā.
Veidošanās, sastopamība, īpašības un optimālās vērtības
Kā minēts iepriekš, pastāv aktīvi un pasīvi jonu kanāli. Tomēr tos var atšķirt arī pēc to steruerizācijas rakstura. Tie ir ar spriegumu saistīti jonu kanāli, kas kalpo stimulu pārnešanai neironos. Tos var arī kontrolēt ar ligandu, piemēram, ar raidītāja vadītiem jonu kanāliem sinapses signālu pārraidīšanai citiem neironiem vai arī signālu pārnešanai uz muskuļiem. Citi jonu kanāli ir mehānosensitīvie kanāli. Tos regulē mehāniski stimuli, piemēram, spiediens. Ar temperatūru saistīti jonu kanāli tiek atvērti vai aizvērti, kad tiek sasniegts noteikts temperatūras slieksnis. Un gaismas novadītos jonu kanālus regulē noteikts gaismas viļņa garums. Piemērs tam ir rodopsīns, kas ir saistīts ar kanālu un to regulē. Tie notiek, piemēram, acī un ir neatņemami vizuālajam procesam.
Slimības un traucējumi
Dažas slimības var ietekmēt jonu kanālus. Viens besipiels ir bojāts kalcijs kanāls smadzenītes. Šis defekts ir iemesls epilepsija. Cits piemērs ir Lamberta-Ītona sindroms. Šajā gadījumā pacienti veidojas antivielas pret kalcijs neiromuskulārās gala plāksnes kanāli. Šī ir stimula pārnešanas zona starp neironiem un muskulatūru. Signāli ir novājināti, un rodas muskuļu vājums. Vīriešus tas mēdz skart vairāk stāvoklis nekā sievietes.
