Saluran ion adalah kompleks protein, terletak di membran sel, yang mengatur proses vital seperti detak jantung atau transmisi sinyal antar neuron.
Pada artikel ini kita akan menjelaskan terdiri dari apa, apa fungsi dan strukturnya, jenis saluran ion apa yang ada dan hubungannya dengan berbagai penyakit.
- Artikel terkait: ” Potensi aksi: apa itu dan apa fasenya? “
Apa itu saluran ion?
Dengan saluran ion, kita memahami kompleks protein yang diisi dengan pori-pori berair, yang memungkinkan ion melewatinya, menyebabkannya mengalir dari satu sisi membran sel ke sisi lainnya. Saluran ini hadir di semua sel, di mana mereka merupakan komponen penting.
Setiap sel dikelilingi oleh membran yang memisahkannya dari lingkungan luar. Struktur lapisan ganda lipidnya tidak mudah ditembus oleh molekul polar seperti asam amino atau ion. Untuk alasan ini, perlu untuk mengangkut zat-zat ini ke dalam dan ke luar sel melalui protein membran seperti pompa, pengangkut, dan saluran ion.
Saluran terdiri dari satu atau lebih protein berbeda yang disebut subunit (alfa, beta, gamma, dll.). Ketika beberapa dari mereka datang bersama-sama, mereka membuat struktur melingkar di tengah yang merupakan lubang atau pori, yang memungkinkan lewatnya ion.
Salah satu kekhasan saluran ini adalah selektivitasnya; yaitu, mereka menentukan bahwa beberapa ion anorganik melewati dan bukan yang lain, berdasarkan diameter dan distribusi asam amino mereka.
Pembukaan dan penutupan saluran ion diatur oleh berbagai faktor; Stimulus atau sensor tertentu adalah apa yang menentukan bahwa mereka berfluktuasi dari satu keadaan ke keadaan lain dengan mengubah komposisinya.
Sekarang mari kita lihat fungsi apa yang mereka penuhi dan apa strukturnya.
Fungsi dan struktur
Di balik proses seluler penting, seperti sekresi neurotransmiter atau transmisi sinyal listrik, terdapat saluran ion, yang memberikan kapasitas listrik dan rangsangan ke sel. Dan ketika mereka gagal, banyak patologi dapat terjadi (yang akan kita bicarakan nanti).
Struktur saluran ion terjadi dalam bentuk protein transmembran dan mereka bertindak sebagai sistem gerbang untuk mengatur perjalanan ion (kalium, natrium, kalsium, klorin, dll.) melalui pori-pori.
Sampai beberapa tahun yang lalu diperkirakan bahwa pori-pori dan sensor tegangan digabungkan melalui penghubung atau “penghubung” (spiral sekitar 15 asam amino), yang dapat diaktifkan oleh pergerakan sensor tegangan. Mekanisme kopling antara dua bagian saluran ion ini adalah mekanisme kanonik yang selalu diteorikan.
Namun, baru-baru ini, penelitian baru telah mengungkapkan jalur lain yang melibatkan segmen asam amino yang terdiri dari bagian sensor tegangan dan bagian pori. Kedua segmen ini akan diatur seperti semacam ritsleting untuk memicu pembukaan atau penutupan saluran. Pada gilirannya, mekanisme baru ini dapat menjelaskan penemuan baru-baru ini, di mana beberapa saluran ion berpintu tegangan (beberapa bertanggung jawab atas fungsi seperti detak jantung) telah dideteksi hanya dengan satu penghubung.
Saluran ion berpintu tegangan hanyalah salah satu jenis saluran di luar sana, tetapi ada lebih banyak lagi: mari kita lihat saluran selanjutnya.
- Anda mungkin tertarik: ” Apa saja bagian-bagian dari neuron? “
Jenis saluran ion
Mekanisme untuk aktivasi saluran ion dapat dari beberapa jenis: oleh ligan, oleh tegangan atau oleh rangsangan mekanosensitif.
1. Saluran ion berpintu ligan
Saluran ion ini terbuka sebagai respons terhadap pengikatan molekul dan neurotransmiter tertentu. Mekanisme pembukaan ini disebabkan oleh interaksi zat kimia (yang dapat berupa hormon, peptida, atau neurotransmitter) dengan bagian saluran yang disebut reseptor, yang menghasilkan perubahan energi bebas dan memodifikasi konformasi protein dengan membuka saluran.
asetilkolin reseptor (neurotransmitter yang terlibat dalam transmisi sinyal antara saraf motorik dan otot) dari jenis nikotinat, adalah salah satu saluran ion yang paling dipelajari ligan-diatur. Ini terdiri dari 5 subunit dari 20 asam amino dan terlibat dalam fungsi dasar seperti kontrol sukarela gerakan, memori, perhatian, tidur, kewaspadaan atau kecemasan.
2. Saluran ion yang diatur tegangan
Jenis saluran ini terbuka sebagai respons terhadap perubahan potensial listrik melintasi membran plasma. Saluran ion yang diatur tegangan terlibat dalam transmisi impuls listrik, menghasilkan potensial aksi karena perubahan perbedaan muatan listrik di kedua sisi membran.
Aliran ion terjadi dalam dua proses: dengan aktivasi, proses yang bergantung pada tegangan: saluran terbuka sebagai respons terhadap perubahan potensial membran (perbedaan potensial listrik di kedua sisi membran); dan inaktivasi, suatu proses yang mengatur penutupan kanal.
Fungsi utama saluran ion berpintu tegangan adalah pembangkitan potensial aksi dan propagasinya. Ada beberapa jenis dan yang utama adalah:
2.1. Na + saluran
Mereka adalah protein transmembran yang memungkinkan ion natrium melewati sel. Transpor ion bersifat pasif dan hanya bergantung pada potensial elektrokimia ion (tidak memerlukan energi dalam bentuk molekul ATP). Di neuron, saluran natrium bertanggung jawab atas fase menaik dari potensial aksi (depolarisasi).
2.2. K + saluran
Saluran ion ini merupakan kelompok protein membran struktural yang paling heterogen. Pada neuron, depolarisasi mengaktifkan saluran K+ dan memfasilitasi keluarnya K+ dari sel saraf, yang menyebabkan repolarisasi potensial membran.
23. saluran Ca++
Ion kalsium meningkatkan fusi membran vesikel sinaptik (struktur yang terletak di ujung akson neuron dan bertanggung jawab untuk mensekresi neurotransmiter) dengan membran terminal akson di neuron, merangsang pelepasan asetilkolin ke celah sinaptik melalui mekanisme eksositosis.
2.4. Cl- saluran
Jenis saluran ion ini bertanggung jawab untuk mengatur rangsangan sel, transportasi antar sel, serta pengelolaan PH dan volume sel. Saluran yang terletak di membran menstabilkan potensi membran dalam sel yang dapat dieksitasi. Mereka juga bertanggung jawab untuk transportasi antara sel-sel air dan elektrolit.
3. Saluran ion diatur oleh rangsangan mekanosensitif
Saluran ion ini terbuka sebagai respons terhadap tindakan mekanis. Mereka dapat ditemukan, misalnya, di sel-sel Paccini (reseptor sensorik di kulit yang merespons getaran cepat dan tekanan mekanis yang dalam), yang dibuka dengan peregangan membran sel melalui penerapan tegangan dan / atau tekanan.
Channelopathies: patologi yang terkait dengan molekul-molekul ini
Dari sudut pandang fisiologis, saluran ion sangat penting untuk keseimbangan homeostatis tubuh kita. Disfungsi yang menyebabkan serangkaian penyakit, yang dikenal sebagai channelopathies. Ini dapat diproduksi dengan dua jenis mekanisme: perubahan genetik dan penyakit autoimun.
Di antara perubahan genetik, adalah mutasi yang terjadi di daerah pengkodean gen untuk saluran ion. Mutasi ini biasanya menghasilkan rantai polipeptida yang tidak diproses dengan benar dan tidak dimasukkan ke dalam membran plasma; atau, karena subunit berpasangan dan membentuk saluran, mereka tidak berfungsi.
Kemungkinan lain yang sering terjadi adalah bahwa, meskipun mereka adalah saluran fungsional, mereka akhirnya menunjukkan kinetika yang berubah. Bagaimanapun, mereka biasanya menyebabkan keuntungan atau kerugian dari fungsi saluran.
Mutasi juga dapat terjadi di daerah promotor gen yang mengkode saluran ion. Hal ini dapat menyebabkan protein kurang ekspresi atau ekspresi berlebih, menghasilkan perubahan jumlah saluran, yang juga akan menyebabkan peningkatan atau penurunan fungsinya.
Saat ini, beberapa patologi yang terkait dengan saluran ion diketahui di jaringan yang berbeda. Pada tingkat muskuloskeletal, mutasi pada saluran Na+, K+, Ca++ dan Cl- berpintu tegangan dan pada saluran asetilkolin menyebabkan gangguan seperti paralisis hiper dan hipokalemia, miotonia, hipertermia maligna, dan miastenia.
Pada tingkat saraf, telah diusulkan bahwa perubahan pada saluran Na + gerbang tegangan, saluran K + dan Ca ++ dengan gerbang tegangan, saluran yang diaktifkan asetilkolin atau saluran yang diaktifkan glisin dapat menjelaskan gangguan seperti epilepsi, ataksia episodik, familial migrain hemiplegia, sindrom Lambert-Eaton, penyakit Alzheimer, penyakit Parkinson, dan skizofrenia.
Referensi bibliografi:
- JT Menéndez, “Pori-pori dan saluran ion mengatur aktivitas seluler,” dalam Anales de la Real Academia Nacional de Farmacia, 2004, hlm. 23.
- Ana I. Fernández-Mariño, Tyler J. Harpole, Kevin Oelstrom, Lucie Delemotte dan Baron Chanda. “Peta interaksi gerbang mengungkapkan cara kopling elektromekanis nonkanonik di saluran Shaker K +.” Alam Struktural & Biologi Molekuler 25: 320–326, April 2018.
- G.Eisenman dan JA Dani. Annu (1987). Pengantar arsitektur molekul dan permeabilitas saluran ion. Pdt. Biophys. Biofis. Kimia, 16. hal. 205-226.
- Aidley, DJ (1989) Fisiologi sel yang dapat dirangsang. Pers Universitas Cambridge.