Was sind Ionenkanäle?
Ionenkanäle befinden sich in den Zellmembranen aller biologischen Zellen. Die Kanäle werden von Proteinen gebildet, die Poren in der Plasmamembran bilden. Durch die Poren können sich Ionen, die nicht direkt durch die Zellmembran gelangen können, in die Zellen hinein und aus diesen heraus bewegen. Die meisten Kanäle bestehen aus mehr als einem Protein und sind eigentlich Komplexe von Proteinen, die sich in der Membran befinden.
Eine Art von Atom, Ionen werden durch eine ungleiche Anzahl von Elektronen und Protonen unterschieden. Das Ion ist entweder negativ oder positiv geladen, je nachdem, ob mehr Elektronen oder Protonen vorhanden sind. Die Phospholipiddoppelschicht, aus der eine Zellmembran besteht, hat ihre eigene Ladung und wirkt tatsächlich als Barriere für Ionen, die frei durch sie hindurchtreten. Dies ist der Grund, warum Ionenkanäle in Zellmembranen notwendig sind.
Ionenkanäle wirken als elektrische Isolatoren und bieten einen Weg, über den Ionen entweder in eine Zelle hinein oder aus einer Zelle heraus gelangen können. Jeder Ionenkanal wirkt als Katalysator in dem Prozess, der das Ion von einer Seite der Zellmembran zur anderen bewegt. Der Kanal kann entweder offen oder geschlossen sein, wobei der Übergang zwischen den beiden Zuständen auftritt, wenn ein Ion an die richtige Stelle im Ionenkanal bindet.
Der Wechsel zwischen dem offenen und dem geschlossenen Zustand eines Ionenkanals wird als Gate bezeichnet. Externe Faktoren spielen eine Rolle, ob das Tor offen oder geschlossen ist. Es gibt verschiedene Gruppen von Ionenkanälen und sie können nach den physikalischen und chemischen äußeren Faktoren gruppiert werden, die beim Öffnen und Schließen des Tors eine Rolle spielen.
Einige Ionenkanäle sind "ligandengesteuert" und diese öffnen und schließen sich, wenn ein Ligand oder ein chemischer Botenstoff wie ein Neurotransmitter an einen Rezeptor auf dem Kanal bindet. Spannungsgesteuerte Ionenkanäle werden geöffnet oder geschlossen, wenn sich die den Kanal umgebende elektrische Potentialdifferenz oder Spannung ändert. Diese Art kommt am häufigsten in Nerven- und Muskelzellen vor. Die Aktivität der Second-Messenger-gesteuerten Ionenkanäle wird durch eine Gruppe von Proteinen moduliert, die als G-Proteine bezeichnet werden. Mechanosensitive Kanäle werden durch äußere mechanische Reize wie Berührungen und Veränderungen des osmotischen Drucks stimuliert.
Ionenkanäle werden nicht nur durch externe Modulatoren aktiviert, sondern können auch selektiv bestimmen, welche Ionen den Kanal passieren. Die Form, Größe und Ladung eines Ions kann beeinflussen, ob sich ein Kanal öffnet oder schließt und Bewegung über die Zellmembran zulässt. Übliche Beispiele für ionenspezifische Kanäle umfassen Kaliumkanäle, Chloridkanäle, Natriumkanäle und Calciumkanäle.