Kênh ion, protein được biểu hiện bởi hầu như tất cả các tế bào sống tạo ra một con đường cho các ion tích điện từ các muối hòa tan, bao gồm các ion natri, kali, canxi và clorua, đi qua màng tế bào lipid không hoàn hảo. Hoạt động của các tế bào trong hệ thống thần kinh, sự co bóp của tim và cơ xương và bài tiết trong tuyến tụy là những ví dụ về các quá trình sinh lý đòi hỏi các kênh ion. Ngoài ra, các kênh ion trong màng của các bào quan nội bào rất quan trọng để điều chỉnh nồng độ canxi tế bào chất và axit hóa các khoang dưới tế bào cụ thể (ví dụ, lysosome).
tế bào: kênh màng
Các nhà sinh lý học đo dòng điện đi qua màng tế bào đã phát hiện ra rằng, nói chung, màng tế bào có lượng lớn hơn rất nhiều
Sự tiến hóa và chọn lọc
Các ion chảy thụ động qua các kênh về trạng thái cân bằng. Chuyển động này có thể được điều khiển bởi độ dốc điện (điện áp) hoặc hóa học (nồng độ). Khả năng thay đổi dòng ion do sự phát triển của các kênh ion có thể mang lại lợi thế tiến hóa bằng cách cho phép các sinh vật đơn bào điều chỉnh âm lượng của chúng khi đối mặt với những thay đổi môi trường. Thông qua sự phát triển tiếp theo, các kênh ion đã đóng vai trò thiết yếu trong việc tiết tế bào và tín hiệu điện.
Hầu hết các kênh ion được kiểm soát, đó là mở và đóng một cách tự nhiên hoặc đáp ứng với một kích thích cụ thể, chẳng hạn như liên kết của một phân tử nhỏ với protein kênh (kênh ion bị ligand) hoặc thay đổi điện áp trên màng được cảm nhận bởi các phân đoạn tích điện của protein kênh (kênh ion điện áp). Ngoài ra, hầu hết các kênh ion đều có chọn lọc, chỉ cho phép một số ion nhất định đi qua. Một số kênh chỉ dẫn một loại ion (ví dụ kali), trong khi các kênh khác thể hiện tính chọn lọc tương đối, ví dụ, cho phép các cation tích điện dương đi qua trong khi loại trừ các anion tích điện âm. Các tế bào trong các sinh vật bậc cao có thể biểu hiện hơn 100 loại kênh ion khác nhau, mỗi loại có tính chọn lọc khác nhau và tính chất giao phối khác nhau.
Chức năng và cấu trúc
Dòng ion tích điện qua các kênh mở biểu thị một dòng điện làm thay đổi điện áp trên màng bằng cách thay đổi sự phân bố điện tích. Trong các tế bào dễ bị kích thích, các kênh có điện thế cho phép dòng ion dương (tức là các ion natri và canxi) thoáng qua tạo ra sự khử cực ngắn của màng được gọi là điện thế hoạt động. Tiềm năng hành động có thể được truyền đi nhanh chóng trên một khoảng cách dài, cho phép phối hợp và định thời gian chính xác của đầu ra sinh lý. Trong hầu hết các trường hợp, tiềm năng hành động kích hoạt các tác động sinh lý xuôi dòng, chẳng hạn như bài tiết hoặc co cơ, bằng cách mở các kênh ion chọn lọc canxi điện áp và tăng nồng độ canxi nội bào.
Trình tự axit amin của nhiều protein kênh ion khác nhau đã được xác định, và trong một vài trường hợp, cấu trúc tinh thể tia X của kênh cũng được biết đến. Dựa trên cấu trúc của chúng, phần lớn các kênh ion có thể được phân loại thành sáu hoặc bảy siêu ớt. Đối với các kênh chọn lọc kali, nằm trong số các kênh ion có đặc tính tốt nhất, bốn tiểu đơn vị màng tương đồng kết hợp với nhau để tạo ra một đường hầm, được gọi là lỗ dẫn, cung cấp một đường cực qua màng lipid không phân cực. Các loại kênh khác yêu cầu ba hoặc năm tiểu đơn vị tương đồng để tạo ra lỗ rỗng dẫn trung tâm. Trong dung dịch, các ion được ổn định bởi các phân tử nước phân cực trong môi trường xung quanh. Các kênh ion hẹp, có tính chọn lọc cao bắt chước môi trường nước bằng cách lót lỗ chân lông bằng các nguyên tử oxy carbonyl phân cực. Các kênh ít chọn lọc tạo thành lỗ chân lông với đường kính đủ lớn để các ion và phân tử nước có thể đi qua với nhau.
Độc tố và bệnh tật
Nhiều độc tố tự nhiên nhắm vào các kênh ion. Các ví dụ bao gồm tetrodotoxin ức chế kênh natri điện áp, được sản xuất bởi vi khuẩn cư trú trong cá nóc (cá nóc) và một số sinh vật khác; chất đối kháng thụ thể nicotinic acetylcholine không thể đảo ngược alpha-bungarotoxin, từ nọc độc của rắn trong chi Bungarus (kraits); và các alcaloid có nguồn gốc từ thực vật, như strychnine và d-tubocurarine, có tác dụng ức chế sự kích hoạt các kênh ion được mở ra bởi các chất dẫn truyền thần kinh glycine và acetylcholine. Ngoài ra, một số lượng lớn các loại thuốc điều trị, bao gồm thuốc gây tê tại chỗ, các chất dẫn xuất của benzodiazepin và sulfonylurea, hoạt động trực tiếp hoặc gián tiếp để điều chỉnh hoạt động của kênh ion.
Các đột biến di truyền ở gen kênh ion và gen mã hóa protein điều hòa hoạt động kênh ion có liên quan đến một số bệnh, bao gồm mất điều hòa (không có khả năng phối hợp các cử động cơ bắp tự nguyện), đái tháo đường, một số loại động kinh và rối loạn nhịp tim (bất thường trong nhịp tim). Ví dụ, các biến thể di truyền trong các kênh chọn lọc natri và chọn lọc kali, hoặc trong các tiểu đơn vị điều tiết liên quan của chúng, tạo ra một số dạng của hội chứng QT dài. Hội chứng này được đặc trưng bởi sự kéo dài thời gian khử cực của các tiềm năng hoạt động của cơ tim, có thể dẫn đến rối loạn nhịp tim gây tử vong. Ngoài ra, các đột biến trong kênh kali nhạy cảm với adenosine triphosphate (ATP) kiểm soát sự tiết insulin từ các tế bào trong tuyến tụy là một số dạng của bệnh đái tháo đường.
