Ionkanaal

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie

Een ionkanaal is een eiwit dat poriën vormt in het celmembraan van een cel. Ionkanalen reguleren de membraanpotentiaal van de cel, doordat ionen via deze kanalen met hun elektrochemische gradiënt mee de cel in of uit kunnen stromen. Ionkanalen zijn in het bijzonder ontwikkeld en aanwezig in het zenuwstelsel, omdat zij communicatie tussen zenuwcellen door middel van actiepotentialen mogelijk maken. De belangrijkste en meest voorkomende ionkanalen laten de volgende ionen door: Na⁺, K⁺, Ca²⁺, en Cl^-.

Veel ionkanalen zijn afhankelijk van een bepaalde stimulus om te openen of sluiten:

• spanningsafhankelijke ionkanalen worden gereguleerd door veranderingen van het membraanpotentiaal
• ligandafhankelijke ionkanalen worden gereguleerd door het binden van een bepaald ligand aan het kanaal
• ionkanalen die afhankelijk zijn van een mechanische stimulus, zoals druk.

Inhoud 1 Functies 1.1 Ionselectiviteit 2 Open of dicht? 2.1 Spanningsafhankelijke ionkanalen 2.2 Ligandafhankelijke ionkanalen 2.3 Ionkanalen die afhankelijk zijn van een mechanische stimulus 3 Ionkanaalstructuur 4 Externe links

[bewerk] Functies

De belangrijkste functies van het ionkanaal zijn:

1. het geleiden van ionen
2. het herkennen en selecteren van specifieke ionen
3. het reageren op elektrische, mechanische of chemische signalen door te openen of te sluiten.

[bewerk] Ionselectiviteit

Er kunnen wel 100 miljoen ionen per seconde door een ionkanaal stromen. Toch zijn ionkanalen verbazend selectief. Hoe (men denkt dat) dat kan, staat hieronder uitgelegd:

De lading van een klein ion is gelokaliseerder dan dat van een groter ion. Een klein ion heeft daardoor een sterker elektrisch veld dan een groter ion. Nu is een natriumion kleiner dan een kaliumion, waardoor het, doordat zijn elektrisch veld groter is, meer water aantrekt dan een kaliumion (een watermolecuul is een polaire verbinding, zie ook hydratatie), waardoor het zich gedraagt alsof het groter is dan het kaliumion!! Een kleiner ion is dus minder mobiel dan een groter ion (in een waterige oplossing). Men denkt dat ionkanalen zo selectief zijn, door zowel specifieke chemische interacties als door de diameter van de porie.

Als een ion door een ionkanaal heen wil, moet het langs het selectiviteitsfilter. Dit is vaak het smalste deel van de porie. Hier verliest het ion het grootste deel van zijn omringende watermoleculen. Dit is echter energetisch gezien ongunstig. Het ion zal alleen door het ionkanaal heen gaan als de interactie met het selectiviteitsfilter compenseert voor het verlies van zijn 'waters'.

Een 'bindplek' (binding site) van een ionkanaal met hoge negatieve elektrische veldsterkte zal selectief natriumionen binden. Dit komt omdat de elektrostatische interacties tussen de bindplek en het ion afhankelijk is van de afstand tussen de twee geladen groepen. Omdat natriumionen een kleinere diameter hebben dan kaliumionen, kan een natriumion dichter bij de negatief geladen bindplek komen dan een kaliumion. Hierdoor is het energetisch gunstiger voor een natriumion (in vergelijking met een kaliumion) om een bindplek met hoge negatieve elektrische veldsterkte te passeren. Daar tegenover staat dat een bindplek met lage negatieve elektrische veldsterkte niet voldoende energie heeft om te zorgen dat een natriumion zijn omgringende watermoleculen verliest, en is daarom selectief voor kaliumionen.

[bewerk] Open of dicht?

Elk ionkanaal heeft ten minste één open staat en één of twee gesloten staten. De overgang tussen de verschillende staten noemt men gating (van het Engelse gate = poort). Het gaten van ionkanalen gaat gepaard met verregaande veranderingen van de conformatie (opbouw) van het ionkanaal. Deze conformatieveranderingen kunnen plaats vinden in een specifiek deel van het eiwit, het kanaal kan geblokeerd worden door een blocking particle of het kan een gegeneralizeerde structurele verandering zijn (dat wil zeggen: de structuur van het gehele molecuul veranderd, zie ook proteïne).

Er zijn drie functionele staten van een ionkanaal:

• de ruststaat (het kanaal is gesloten, maar kan, als reactie op het juiste signaal, direct open gaan)
• de open staat (het kanaal is open)
• de inactieve of refractaire staat (het kanaal is gesloten - "geblokkeerd" - en kan niet of nauwelijks meer open).

[bewerk] Spanningsafhankelijke ionkanalen

Spanningafhankelijke ionkanalen worden gereguleerd door verschillen in membraanpotentiaal. Dit type ionkanaal heeft een spanningssensor. Als de potentiaal voldoende veranderd, beweegt de sensor om in de energetisch gunstigste positie te blijven. Deze beweging levert de energie voor de overgang van een gesloten staat naar een open staat (of andersom).

[bewerk] Ligandafhankelijke ionkanalen

De energie die nodig is om over te gaan van de ene staat naar de ander wordt in dit type kanalen geleverd door de energie die vrijkomt bij het binden van een transmitter aan het kanaal. Ligandafhankelijke ionkanalen kunnen in de refractoire staat terechtkomen als ze gedurende een lange periode worden blootgesteld aan het ligand. Dit noemt men desensitisatie.

[bewerk] Ionkanalen die afhankelijk zijn van een mechanische stimulus

De energie die nodig is om over te gaan van de ene staat naar de ander wordt waarschijnlijk overgebracht door het cytoskelet van de cel, of door veranderingen van de tensie (spanning) op het celmembraan.

[bewerk] Ionkanaalstructuur

Alle ionkanalen hebben een integraal membraaneiwit (een eiwit dat in het membraan zit, meestal over de gehele breedte). Dit eiwit is een glycoproteïne, dat in het midden een porie heeft die het hele membraan overbrugt. De porie bestaat bij de meeste ionkanalen uit twee of meer subunits. Sommige ionkanalen hebben naast de porievormende subunits nog extra subunits die de functionele eigenschappen van het kanaal beïnvloeden.

[bewerk] Externe links

• Engelstalig informerend filmpje over natrium- en kaliumkanalen tijdens een actiepotentiaal

Bron:

Kandel ER, Schwartz JH, Jessell TM. Principles of Neural Science, 4th ed. McGraw-Hill, New York (2000)