이온 채널, 나트륨, 칼륨, 칼슘 및 염화물 이온을 포함하여 용해 된 염에서 하전 된 이온이 다른 불 침투성 지질 세포막을 통과하는 통로를 생성하는 거의 모든 살아있는 세포에 의해 발현되는 단백질. 신경계에서 세포의 작동, 심장 및 골격근의 수축 및 췌장에서의 분비는 이온 채널을 필요로하는 생리 학적 과정의 예입니다. 또한, 세포 내 소기관의 막에서 이온 채널은 세포질 칼슘 농도를 조절하고 특정 아세포 구획 (예를 들어, 리소좀)의 산성화에 중요하다.
세포: 막 채널
세포막을 통과하는 전류를 측정하는 생물 물리학 자들은 일반적으로 세포막이 훨씬 더 크다는 것을 발견했습니다
진화와 선택성
이온은 채널을 통해 평형을 향해 수동적으로 흐릅니다. 이 운동은 전기 (전압) 또는 화학적 (농도) 구배로 구동 될 수 있습니다. 이온 채널의 개발 결과로서 이온 흐름을 변경하는 능력은 단일 세포 유기체가 환경 변화에 직면하여 그들의 부피를 조절할 수있게함으로써 진화 이점을 제공 할 수있다. 후속 진화를 통해, 이온 채널은 세포 분비 및 전기 신호 전달에 필수적인 역할을 수행하게되었다.
대부분의 이온 채널은 게이트되어 있습니다. 즉, 작은 분자가 채널 단백질 (리간드 게이트 이온 채널)에 결합하거나 막을 가로 지르는 전압의 변화와 같은 특정 자극에 반응하여 개폐됩니다. 이는 채널 단백질 (전압-이온 된 이온 채널)의 하전 된 세그먼트에 의해 감지됩니다. 또한 대부분의 이온 채널은 선택적이므로 특정 이온 만 통과 할 수 있습니다. 일부 채널은 한 가지 유형의 이온 (예: 칼륨) 만 전도하는 반면, 다른 채널은 상대적으로 선택성을 나타냅니다 (예: 양으로 하전 된 음이온은 제외하면서 양으로 하전 된 양이온은 통과 함). 더 높은 유기체의 세포는 각각 다른 선택성 및 다른 게이팅 특성을 갖는 100 가지 이상의 상이한 유형의 이온 채널을 발현 할 수있다.
기능과 구조
개방 채널을 통한 충전 된 이온의 흐름은 전하 분포를 변경함으로써 막을 가로 지르는 전압을 변화시키는 전류를 나타낸다. 흥분성 세포에서, 양이온 (예를 들어, 나트륨 및 칼슘 이온)의 일시적인 유입을 허용하는 전압 게이트 채널은 활동 전위로 알려진 막의 간단한 탈분극의 기초가된다. 장거리에 걸쳐 활동 전위를 신속하게 전달할 수있어 생리 학적 출력의 조정 및 정확한 타이밍이 가능합니다. 거의 모든 경우에, 활동 전위는 전압-게이팅 된 칼슘-선택성 이온 채널을 개방하고 세포 내 칼슘 농도를 상승시킴으로써 분비 또는 근육 수축과 같은 다운 스트림 생리 학적 효과를 유발한다.
많은 상이한 이온 채널 단백질의 아미노산 서열이 결정되었으며, 몇몇 경우에 채널의 X- 선 결정 구조도 공지되어있다. 구조에 따라 대부분의 이온 채널은 6 개 또는 7 개의 수퍼 패밀리로 분류 될 수 있습니다. 가장 특성화 된 이온 채널 중 하나 인 칼륨-선택성 채널의 경우, 4 개의 상 동성 막 횡단 서브 유닛이 모여 전도성 기공으로 알려진 터널을 생성하여 비극성 지질 막을 통한 극성 경로를 제공합니다. 다른 채널 유형은 중앙 전도성 기공을 생성하기 위해 3 개 또는 5 개의 상동 서브 유닛이 필요합니다. 용액에서, 이온은 주변 환경에서 분극 된 물 분자에 의해 안정화됩니다. 좁고 선택성이 높은 이온 채널은 전도성 기공을 분극 된 카보 닐 산소 원자로 라이닝하여 물 환경을 모방합니다. 덜 선택적인 채널은 이온과 물 분자가 함께 통과 할 수있을 정도로 큰 직경을 가진 기공을 형성합니다.
독소와 질병
많은 자연 독소가 이온 통로를 표적으로합니다. 그 예로는 복어 (복어) 및 다른 여러 유기체에 서식하는 박테리아에 의해 생성되는 전압-게이팅 된 나트륨 채널 차단제 테트로도톡신; Bungarus 속의 뱀독 (kraits)에서 비가 역적 니코틴 성 아세틸 콜린 수용체 길항제 알파-붕가로 톡신; 및 신경 전달 물질 인 글리신 및 아세틸 콜린에 의해 각각 개방 된 이온 채널의 활성화를 억제하는 식물 유래 알칼로이드, 예컨대 스트 레 키닌 및 d- 튜 보쿠 라린. 또한, 국소 마취제, 벤조디아제핀 및 설 포닐 우레아 유도체를 포함하는 다수의 치료 약물은 이온 채널 활성을 조절하기 위해 직접 또는 간접적으로 작용한다.
이온 채널 유전자 및 이온 채널 활성을 조절하는 단백질을 코딩하는 유전자에서 유전 된 돌연변이는 운동 실조 (자발적인 근육 운동을 조절할 수 없음), 당뇨병, 특정 유형의 간질 및 심장 부정맥 (불규칙성)을 포함한 여러 질병에 연루되어 있습니다. 하트 비트로). 예를 들어, 소듐-선택 및 칼륨-선택 채널 또는 이와 관련된 조절 소단위에서의 유전 적 변이는 일부 형태의 긴 QT 증후군의 기초가된다. 이 증후군은 심근 세포 활동 전위의 탈분극 시간 과정이 연장되어 치명적인 부정맥으로 이어질 수 있습니다. 또한, 췌장의 세포에서 인슐린 분비를 제어하는 아데노신 트리 포스페이트 (ATP)-민감성 칼륨 채널에서의 돌연변이는 일부 형태의 당뇨병의 기초가된다.
