saluran ion adalah struktur membran berongga yang saluran bentuk atau pori-pori melintasi ketebalan membran dan berkomunikasi bagian luar sel dengan sitosol dan sebaliknya; beberapa mungkin memiliki sistem gerbang yang mengatur pembukaannya.
Saluran ini diisi dengan air dan mengontrol perjalanan ion spesifik dari satu sisi membran ke sisi lain. Mereka terdiri dari protein khas membran sel yang membentuk struktur berbentuk tabung silinder yang melintasinya dengan lebar.
Pembentukan saluran ion terbuka dan tertutup (Sumber: Efazzari [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)] melalui Wikimedia Commons)
Mekanisme transpor melintasi membran ini dapat secara luas diklasifikasikan menjadi transpor pasif atau aktif. Pasif adalah mereka yang memungkinkan lewatnya zat yang mendukung gradien konsentrasinya, sedangkan yang aktif membutuhkan konsumsi energi, karena mereka memindahkan zat melawan gradien konsentrasinya.
Kanal ion merupakan mekanisme transpor pasif yang dapat diklasifikasikan menurut kekhususannya, yaitu menurut jenis ion yang dibiarkan lewat, atau menurut cara membuka atau menutupnya.
Fungsi utama dari sistem transpor membran ini adalah untuk memungkinkan masuknya zat ke dalam atau ke luar sel secara teratur dan dengan demikian mempertahankan konsentrasi ion dan zat lain di dalam sel.
Kehadiran membran sel dan saluran ion sangat penting untuk pemeliharaan perbedaan konsentrasi antara media intraseluler dan ekstraseluler, yang relevan dari banyak sudut pandang.
Saluran ion, terutama yang bergantung pada ligan, sangat penting dalam farmakologi dan kedokteran, karena banyak obat dapat meniru fungsi ligan alami dan dengan demikian mengikat saluran, membuka atau menutupnya, tergantung kasusnya.
Obat lain mampu memblokir situs pengikatan dan dengan demikian mencegah aksi ligan alami.
Indeks artikel
Struktur
Struktur saluran ion terdiri dari protein transmembran spesifik yang memiliki bentuk tubular dan meninggalkan pori atau lubang yang memungkinkan komunikasi antara bagian dalam dan luar sel atau antar kompartemen intraseluler (organel).
Setiap saluran ion melibatkan protein membran struktural tertentu dan lebih dari 100 gen yang mengkode saluran ion tertentu telah dijelaskan.
Untuk saluran natrium, misalnya, 10 gen yang disebut SCN telah dijelaskan yang mengkode protein berbeda yang didistribusikan di jaringan berbeda dengan fungsi dan struktur tertentu.
Demikian juga, sejumlah besar gen telah dijelaskan yang mengkodekan protein berbeda yang membentuk saluran kalium milik keluarga yang berbeda dan memiliki mekanisme aktivasi, pembukaan dan inaktivasi yang berbeda.
Struktur protein saluran ion
Biasanya, saluran ion fungsional yang terkait dengan membran terdiri dari perakitan 4 hingga 6 subunit polipeptida yang serupa (oligomer homo) atau berbeda (oligomer hetero) yang membentuk pori sentral di antara mereka.
Diagram subunit membran saluran ion (Sumber: Efazzari [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)] melalui Wikimedia Commons)
Setiap subunit bervariasi sesuai dengan karakteristik dan sifat saluran, karena banyak yang spesifik untuk ion tertentu dan memiliki mekanisme pembukaan dan penutupan yang berbeda.
Beberapa saluran terdiri dari rantai polipeptida tunggal yang diatur dalam motif berulang yang melewati beberapa kali ketebalan membran dan berfungsi sebagai subunit protein yang setara.
Selain subunit ini, yang dikenal dalam literatur sebagai subunit , beberapa saluran ion juga memiliki satu atau lebih subunit bantu (ß atau ) yang mengatur pembukaan dan penutupannya.
Spesifisitas masing-masing saluran berkaitan dengan diameter pori yang dibentuk oleh protein transmembran dan rantai samping (─R) asam amino yang menyusunnya.
Dengan cara ini, ada saluran yang hanya melewatkan ion natrium, kalium, kalsium, dan seterusnya, karena rantai samping berfungsi sebagai “penyaring”.
Fitur struktural tambahan
Fitur penting lainnya dari banyak saluran adalah gerbang. Saluran dengan sifat ini dapat membuka atau menutup terhadap perubahan lokal yang terjadi pada lingkungan mikro membran yang mengelilingi saluran.
Tergantung pada jenis saluran, perubahan ini dapat berupa mekanik, termal (perubahan suhu), listrik (perubahan tegangan) atau kimia (pengikatan ligan).
Namun, dalam apa yang disebut saluran ion pasif, yaitu saluran yang tetap terbuka dan memungkinkan lewatnya ion tertentu secara spesifik, struktur ini tidak memiliki gerbang atau peka terhadap ligan atau jenis rangsangan lainnya.
Pada saluran ion lain yang sensitif terhadap keberadaan atau pengikatan ligan, terdapat tempat pengikatan ligan baik di sisi ekstraseluler maupun ke arah sitosol sel dan dalam hal ini pori-pori atau saluran memiliki gerbang yang dapat dibuka atau ditutup. sesuai dengan keadaan ligannya.
Mekanisme messenger kedua untuk membuka atau menutup saluran
Dalam hal memiliki situs ligan di bagian intraseluler, saluran ini biasanya memiliki pembawa pesan kedua sebagai ligan. Contoh saluran ion yang dibuka atau ditutup oleh mekanisme second messenger adalah reseptor olfaktorius:
Molekul aroma mengikat reseptor mereka di sisi ekstraseluler. Reseptor ini, pada gilirannya, melekat pada protein G teraktivasi yang, pada gilirannya, mengaktifkan protein adenil siklase yang membentuk cAMP, yang merupakan pembawa pesan kedua.
cAMP mengikat ke situs pengikatan intraseluler dari beberapa saluran kalsium, yang menghasilkan pembukaan dan masuknya kalsium ke dalam sel.
Seolah-olah itu adalah efek domino, kalsium mengikat ke situs ligan saluran klorin lain, yang menghasilkan pembukaan dan keluarnya ion ini, menyebabkan depolarisasi sel penciuman.
Penting untuk digarisbawahi bahwa perubahan yang dihasilkan oleh ligan atau rangsangan yang mempengaruhi saluran ion sesuai dengan perubahan konformasi protein yang membentuk struktur saluran.
Dengan kata lain, perubahan konformasi yang dapat memindahkan gerbang dan menutup atau membuka saluran tidak lebih dari mendekat atau menjauhnya subunit protein yang menyusunnya.
Mekanisme aktivasi dan inaktivasi lainnya
Beberapa saluran, terutama saluran yang bergantung pada tegangan, dapat memasuki keadaan tahan api di mana perubahan tegangan yang sama yang mengaktifkannya sekarang tidak lagi mengaktifkannya.
Misalnya, dalam saluran kalsium berpintu tegangan, perubahan tegangan membuka saluran dan kalsium masuk dan, begitu berada di dalam sel, ion yang sama berikatan dengan situs pengikatan saluran kalsium dan saluran kalsium menutup. .
Bentuk lain dari inaktivasi saluran kalsium reversibel yang menjelaskan refraktorinya setelah aktivasi adalah defosforilasi saluran karena peningkatan konsentrasi kalsium internal.
Artinya, saluran kalsium dapat dinonaktifkan secara ireversibel karena adanya konsentrasi ion yang tinggi secara patologis, yang memediasi perekrutan enzim pembelahan dari protein yang diaktifkan kalsium lainnya.
Saluran ligan-gated dapat memasuki keadaan refraktori ketika terkena ligan mereka untuk waktu yang lama, mekanisme ini disebut desensitisasi.
Obat-obatan, racun dan toksin dapat mempengaruhi regulasi saluran ion, menutup atau menjaganya tetap terbuka atau, dalam beberapa kasus, menempati tempat ligan dan dengan demikian mengganggu fungsinya.
Fitur
Saluran ion memiliki banyak fungsi, langsung atau tidak langsung.
– Mereka bertanggung jawab untuk mengatur aliran ion melalui plasma dan membran organel semua sel.
– Mereka memungkinkan adanya kontrol atas konsentrasi intraseluler dari ion yang berbeda.
– Dalam neuron dan sel otot, saluran ion mengontrol variasi potensial membran yang terjadi selama potensial aksi dan selama potensial pascasinaps sel efektor.
– Saluran kalsium yang menghasilkan aliran bersih kalsium ke dalam ruang intraseluler bertanggung jawab atas aktivasi berbagai enzim dan protein yang berpartisipasi dalam banyak proses metabolisme.
– Demikian juga, peningkatan kalsium karena peningkatan transportasi memulai mekanisme pelepasan neurotransmitter ke ruang sinaptik neuron.
– Oleh karena itu, fungsi saluran ion juga terkait dengan mekanisme komunikasi seluler.
Ikhtisar transportasi melintasi membran
Sebagaimana dinyatakan di atas, mekanisme transpor membran dapat aktif atau pasif tergantung pada apakah mereka mengkonsumsi energi dari sel tempat mereka berada atau tidak. Mekanisme pasif diklasifikasikan menjadi difusi sederhana dan difusi terfasilitasi.
Difusi sederhana
Difusi sederhana memungkinkan lewatnya struktur fosfolipid dari membran molekul yang larut dalam lemak berukuran kecil, dengan karakteristik apolar dan tanpa muatan.
Jadi, misalnya, gas seperti oksigen (O2) dan karbon dioksida (CO2), etanol dan urea, untuk beberapa nama, melewati gradien konsentrasinya.
Diseminasi yang difasilitasi
Difusi terfasilitasi adalah salah satu yang difasilitasi oleh protein dan ada dua jenis mekanisme transpor pasif ini: saluran ion dan protein transpor atau protein pengangkut.
Saluran ion adalah mekanisme yang paling banyak digunakan oleh sel untuk pengangkutan ion yang tidak dapat melewati difusi sederhana, baik karena memiliki muatan listrik maupun fosfolipid membran menolaknya, karena ukuran dan polaritasnya atau karakteristik lainnya.
Difusi yang difasilitasi oleh protein pembawa digunakan untuk mengangkut zat yang lebih besar dengan atau tanpa muatan, seperti glukosa dan gula lainnya.
Transpor membran aktif adalah yang terjadi melawan gradien konsentrasi zat terlarut yang diangkut dan membutuhkan konsumsi energi dalam bentuk ATP. Di antara pengangkut jenis ini adalah pompa dan pengangkut vesikular.
Sebagai contoh pompa adalah pompa natrium / kalium, yang menghilangkan tiga natrium dan memasukkan dua kalium. Ada juga pompa kalsium.
Contoh transpor vesikular adalah endositosis, eksositosis, pinositosis, dan fagositosis; semua mekanisme transpor aktif ini.
Jenis saluran ion
Dari titik ini, referensi akan dibuat untuk saluran ion yang memungkinkan lewatnya ion melalui membran yang mendukung gradien konsentrasinya, yaitu saluran transpor pasif.
Umumnya, masing-masing saluran ini khusus untuk satu ion, dengan pengecualian beberapa saluran yang memungkinkan pengangkutan pasangan ion.
Diagram struktur saluran ion (Sumber: Outslider (Paweł Tokarz) di pl.wikipedia [Domain publik] melalui Wikimedia Commons)
Salah satu cara untuk mengklasifikasikan saluran ion adalah dengan mengelompokkannya menurut mekanisme yang bertanggung jawab atas pembukaannya. Dengan demikian, saluran pasif, saluran yang diatur tegangan (tergantung tegangan), saluran yang diatur ligan, dan saluran yang diatur stimulus mekanis telah dijelaskan.
– Saluran pasif : mereka adalah saluran yang terbuka secara permanen dan tidak menanggapi segala jenis rangsangan; Ini khusus untuk ion tertentu.
– Saluran yang bergantung pada tegangan : ini dapat membuka atau menutup (tergantung pada saluran) dalam menghadapi perubahan tegangan membran. Mereka sangat penting untuk pensinyalan sel, terutama di sistem saraf pusat mamalia.
– Saluran yang bergantung pada ligan : juga disebut saluran yang diatur ligan atau ligan, saluran ini didistribusikan secara luas di berbagai sel tubuh manusia, tetapi dalam sistem saraf saluran tersebut merupakan saluran ionik yang diaktifkan oleh neurotransmiter dan penting untuk transmisi sinaptik dan antar sel. sinyal.
Contoh kanal ion bergantung ligan yang diaktifkan oleh neurotransmiter adalah kanal natrium/kalium yang diaktifkan oleh glutamat.
Aktivasi reseptor kolinergik, dalam hal ini pengikatan asetilkolin ke membran postsinaptik (ligan saluran), membuka saluran natrium yang bergantung pada ligan dan memungkinkan masuknya ion ini mengikuti gradien konsentrasinya.
– Saluran yang diatur oleh rangsangan mekanis : ini adalah saluran yang dapat diaktifkan oleh distensi atau tekanan. Kekuatan mekanis ini ditransmisikan ke kanal melalui sitoskeleton dan kanal terbuka.
Referensi
- Bear, MF, Connors, BW, & Paradiso, MA (Eds.). (2007). Ilmu saraf (Vol. 2). Lippincott Williams & Wilkins.
- Departemen Biokimia dan Biofisika Molekuler Thomas Jessell, Siegelbaum, S., & Hudspeth, AJ (2000). Prinsip-prinsip ilmu saraf (Vol. 4, hlm. 1227-1246). ER Kandel, JH Schwartz, & TM Jessell (Eds.). New York: McGraw-hill.
- Lewis, CA, & Stevens, CF (1983). Selektivitas ion saluran reseptor asetilkolin: ion mengalami lingkungan berair. Prosiding National Academy of Sciences , 80 (19), 6110-6113.
- Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Prinsip-prinsip biokimia Lehninger . Macmillan.
- Rawn, JD (1998). Biokimia . Burlington, Massachusetts: Penerbit Neil Patterson.
- Viana, F., de la Peña, E., & Belmonte, C. (2002). Spesifisitas transduksi termo dingin ditentukan oleh ekspresi saluran ionik diferensial. Ilmu saraf alam , 5 (3), 254.
