Ионные каналы мембраны и их виды

Ионные каналы (ИК) относятся к мембранным интегральным белкам, пронизывающим клеточную мембрану поперёк. Они выстроены из нескольких субъединиц и образуют структуру со сложной пространственной конфигурацией. В этой своеобразной "молекулярной машине" имеются системы открытия, закрытия, избирательности, активации, инактивации и регуляции, а также участки-сайты для связывания с управляющими веществами.
В ИК (например, в NMDA-комплексе) может встречаться до 8 точек для приложения управляющего воздействия, т.е. для связывания управляющих веществ, меняющих состояние канала.
Отдельные части этой структуры являются подвижными относительно друг друга, и они непрерывно шевелятся, меняя своё взаиморасположение. Поэтому общее состояние ИК может непрерывно меняться, и он в определённые моменты времени может оказаться в открытом состоянии, а в другие моменты — в закрытом. Это вероятностный процесс, и внешнее управление каналом лишь меняет вероятность его нахождения в открытом и закрытом состоянии.
Для ИК функционально важными являются именно эти их переходы между открытыми и закрытыми состояниями. Эти переходы совершаются практически моментально. Иногда канал открыт только одну миллисекунду или даже меньше, хотя в следующий раз он может открыться на гораздо более продолжительное время. Тем не менее, каждый канал имеет своё характерное среднее время открытого состояния, и все вариации происходят именно вокруг этого среднего показателя.
Некоторые ИК открываются достаточно часто даже в покое. Это означает, что вероятность нахождения таких каналов в открытом состоянии даже в неактивированной клетке относительно высока. Большинство таких постоянно открытых ионных каналов проницаемо для калия или хлора. Они важны для генерации мембранного потенциала покоя.
Такие ИК мы предлагаем называть «неуправляемыми».
Другие ИК мембраны, которых большинство, большую часть времени закрыты, то есть вероятность нахождения их в открытом состоянии очень низка. Активация этих каналов адекватным стимулом резко увеличивает вероятность их открытия, хотя и нельзя сказать, что эта вероятность достигает 100%, и что каждый активируемый канал обязательно откроется. Этот же стимул может деактивировать ИК, бывшие активными в покое. Важно помнить, что активация или деактивация канала означает возрастание или снижение вероятности открытия канала, но не увеличение или уменьшение продолжительности времени открытого состояния канала.
Такие ИК мы предлагаем называть в целом «управляемыми».
Помимо активации и деактивации, прохождение ионов через каналы регулируется двумя другими факторами, которые можно назвать «инактивацией» и «блокированием».
Инактивация заключается в том, что ионный канал переходит в новое конформационное состояние, в котором обычный активирующий стимул не способен вызвать открытие канала. Для ионных каналов, активируемых деполяризацией, такое состояние называется инактивацией. Для каналов, отвечающих на химические стимулы, это состояние известно как «десенситизация», т.е. понижение чувствительности.
Второй механизм - блокирование открытого канала. Такое случается, когда, например, крупная молекула (например, токсин) связывается с ионным каналом и физически закупоривает пору. Другим примером может служить блокирование некоторых катионных каналов ионами магния Mg²⁺. В этом случае ионы магния сами не проходят через ионный канал на другую сторону мембраны, но связываются с каналом в области его устья и тем самым мешают прохождению через него других катионов. Такое явление называется «магниевая пробка».
Некоторые каналы специфически отвечают на изменения в состоянии клеточной мембраны нейрона. Наиболее яркими представителями этой группы являются потенциал-активируемые каналы, реагирующие на электрический заряд мембраны. Примером может служить чувствительный к потенциалу натриевый канал, который отвечает за самоускоряющуюся деполяризацию, лежащую в основе развития потенциала действия.
Такие ИК мы предлагаем называть «потенциал-управляемыми».
К группе управляемых каналов относятся также механочувствительные ИК, которые повышают свою проницаемость в ответ на механические воздействия на клеточную мембрану. Сенсорные рецепторы растяжения, содержащие в своей мембране такие ИК, найдены, например, в механорецепторах кожи.
Такие ИК мы предлагаем называть «стимул-управляемыми».
Другие ИК открываются тогда, когда определённые химические вещества (их обобщённое название - «лиганды») активируют связывающие центры на молекуле канала. Такие лиганд-активируемые ИК подразделяются на две подгруппы, в зависимости от того, являются ли активные центры внутриклеточными или внеклеточными.
Каналом, отвечающим на внеклеточную активацию, является, например, катионный канал постсинаптической мембраны в скелетной мышце. Этот канал активируется нейротрансмиттером ацетилхолином, освобождающимся из двигательного нервного окончания. Открытие ацетилхолин-активируемого ионного канала позволяет ионам натрия войти в клетку, вызывая деполяризацию мышечного волокна.
Такие ИК мы предлагаем называть «лиганд-управляемыми».
Лиганд-активируемые каналы, отвечающие на внутриклеточные стимулы, включают в себя каналы, чувствительные к местным изменениям концентрации специфических ионов. Например, кальций-активируемые калиевые каналы активируются локальным повышением концентрации внутриклеточного кальция. Такие каналы играют важную роль в реполяризации клеточной мембраны во время завершения потенциала действия. Помимо ионов кальция, типичными представителями лигандов, активирующих ИК с цитоплазматической стороны мембраны, являются циклические нуклеотиды. Циклический ГМФ, например, отвечает за активацию натриевых каналов в палочках сетчатки. Такой тип канала играет принципиальную роль в работе зрительного анализатора.
Такие ИК мы предлагаем называть «опосредованно-управляемыми» («мессенджер-управляемыми»).
Предлагаемая нами классификация ИК по способу управления их состоянием не является достаточно строгой, посокльку выделяемые нами группы не являются взаимоисключающими, и каналы могут одновременно входить в несколько групп. Например, кальций-активируемые калиевые каналы (опосредованно-управляемые) чувствительны также и к изменению потенциала (т.е. являются одновременно и потенциал-управляемыми или же совместно-управляемыми), а некоторые потенциал-управляемые ИК чувствительны к внутриклеточным лигандам, т.е являются дополнительно опосредованно-управляемыми. Что тут поделаешь? Реальность часто бывает сложнее, чем наши теории на её счёт!
Следует также помнить, что ИК различаются по своей избирательности (селективности). Так, некоторые катионные каналы пропускают в основном только один вид ионов: натрий, калий или кальций, другие же являются менее избирательными. Анионные каналы сравнительно не избирательны для малых анионов, но они пропускают в основном ионы хлора, так как хлор является самым распространенным анионом в составе внеклеточной и внутриклеточной жидкости в организме.

Дата добавления: 2015-06-04