Трансмембранные каналы , также называемые мембранными каналами , представляют собой поры внутри липидного бислоя . Каналы могут быть образованы белковыми комплексами , проходящими через мембрану, или пептидами . Они могут пересекать клеточную мембрану , соединяя цитозоль или цитоплазму с внеклеточным матриксом . [1] Трансмембранные каналы также находятся в мембранах органелл, включая ядро , эндоплазматический ретикулум , аппарат Гольджи , митохондрии , хлоропласты илизосомы . [2]
Трансмембранные каналы отличаются от транспортеров и насосов несколькими способами. Некоторые каналы менее избирательны, чем типичные транспортеры и насосы, и различают растворенные вещества главным образом по размеру и ионному заряду. Каналы осуществляют пассивную транспортировку материалов, также известную как облегченная диффузия . Транспортеры могут осуществлять пассивную или активную перекачку материалов, в то время как насосам для работы требуется энергия. [3]
Есть несколько режимов работы мембранных каналов. Наиболее распространенным является закрытый канал, который требует триггера, такого как изменение мембранного потенциала в каналах с ограничением по напряжению, чтобы разблокировать или заблокировать отверстие поры. Управляемые по напряжению каналы имеют решающее значение для выработки потенциала действия в нейронах, приводящего к возникновению нервного импульса. Канал, управляемый лигандом, требует химического вещества, такого как нейромедиатор , для активации канала. Для открывания каналов с ограничителями напряжения требуется, чтобы к каналу прикладывалась механическая сила. Аквапорины - это специальные каналы для движения воды через гидрофобную внутреннюю часть клеточной мембраны. [4]
Ионные каналы - это тип трансмембранных каналов, ответственных за пассивный транспорт положительно заряженных ионов (натрия, калия, кальция, водорода и магния) и отрицательно заряженных ионов (хлорид), и они могут быть закрытыми или лиганд-зависимыми. Одним из наиболее изученных ионных каналов является ионный канал калия . Канал для ионов калия может обеспечивать быстрое движение ионов калия, будучи селективным по отношению к натрию. Используя данные дифракции рентгеновских лучей и расчеты атомной модели, вероятная структура канала состоит из ряда белковых альфа-спиралей, образующих пору в форме песочных часов с самой узкой точкой на полпути через липидный бислой мембраны. Чтобы пройти через канал, ионы калия должны избавиться от водной матрицы и попасть в селективный фильтр, состоящий из карбонильных атомов кислорода. Ионы калия проходят через один атом за раз по пяти различным участкам связывания катионов (положительно заряженных ионов). [5]
Заболевания, вызванные неисправностью ионных каналов, включают муковисцидоз, при котором канал для хлорид-иона не открывается или отсутствует в клетках легких, кишечника, поджелудочной железы, печени и кожи. Клетки больше не могут регулировать концентрацию соли и воды, что приводит к симптомам, типичным для болезни. Дополнительные расстройства, возникающие в результате сбоев в работе ионных каналов, включают формы эпилепсии , сердечной аритмии , некоторых типов периодических параличей и атаксии . [6]
Рекомендации
- Перейти ↑ Roux, B., and Schulten, K. (2004). Вычислительные исследования мембранных каналов. Строение 12, 1343 - 1351.
- Перейти ↑ Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., and Johnson, A. (2010) Essential Cell Biology, 3-е изд. (Нью-Йорк: Garland Science) стр. 387 - 420.
- ^ Лодиш, H., Берк А., Кайзер, К., Кригер, М., Скотт, М., Bretscher А., Ploegh, H., и Матсудайра, P. (2008) Молекулярная биология клетки, 6й изд . (Нью-Йорк: WH Freeman) стр. 437 - 474.
- ^ Verkman, A. (2011) аквапоринов Взгляд. Journal of Cell Science 24, 2107 - 2112.
- Перейти ↑ Roux, B., and Schulten, K. (2004). Вычислительные исследования мембранных каналов. Строение 12, 1343 - 1351.
- ^ Селезия, GG (2001) Заболевания мембранных каналов или каннелопатии. Клиническая нейрофизиология Январь, 112 (1), 2–18. [1]