Jonkanaler och transportörer
FRÅGOR:
1. Vad är skillnaden mellan en transportör och en kanal?
2. Vad är en spänningskänslig kanal?
3. Beskriv och jämför de spänningskänsliga kanalerna för Natrium och Kalium!
4. Nämn flera kanaler förutom de spänningskänsliga!
5. Beskriv jonkanalernas struktur!
6. Hur ser K+ kanalen ut?
7. Beskriv en aktiv jontransportör!
8. Beskriv Na+/K+-pumpen!
SVAR:
1. Transportören är aktiv och svarar för att skapa och hålla jongradienten. Kanalen skapar istället en selektiv jonpermeabilitet.
2. En kanal som innehåller strukturer som kan känna den elektriska potentialen genom membranet. Dessa kommer att öppnas och stängas som ett resultat av membranpotentialens magnitud.
3. Dessa kanaler har en jonselektivitet och har således möjligheten att särskilja Na+ och K+ ifrån varandra. I båda fallen kommer en depolarisering öka chansen att de öppnas medan en hyperpolarisation gör att de stängs. De båda kanalerna har en spänningssensor som känner av membranpotentialen. Skillnaden mellan dem är att en depolarisation inaktiverar Natriumkanalen (har som en "flärp" som kan stängas igen) men inte kaliumkanalen. De två kanalerna har också olika sites där ex. mediciner kan binda in.
4. De kan vara beroende av att en kemisk substans (ligand-gated) binder in extracellulärt eller intracellulärt (aktiverar second messengers) för att de ska aktiveras. Även mekanikaktiverade kanaler eller temperaturaktiverade kanaler finns (hjälper till att mediera inflammation).
5. Dess molekyler är integrerade membranproteiner som löper genom membranet flera gånger. Ex. Na+ och Ca+ har 24 transmembrana regioner. De flesta spänningsberoende kanaler har en transmembran helix som innehåller ett antal positivt laddade aminosyror vilka fungerar som spänningskännare och således upptäcker förändringar i elektrisk potential genom membranet.
6. Kaliumkanalen har studerats i bakterier. Studierna visar att kanalen formas av subenheter som går över membranet två gånger. Mellan dessa finns en sk. poor loop. Fyra subenheter samlas och formar en kanal. I mitten av denna kan man se en por som en trång tunnel som tillåter kalium att flyta igenom. Den trängsta biten finns närmast cellens utsida för att hindra hydratiserade kaliumjoner att åka igenom. Större katjoner som Ca2+ kan inte flyta igenom och inte heller mindre katjoner som Na+ då porens väggar är för långt ifrån varandra för att kunna stabilisera en dehydrerad natriumjon. Denna funktion skapar det selektiva filtret. Längre in i kanalen finns en vattenfylld kavitet som har kontakt med insidan av cellen. Denna kavitet samlar K+ från cytoplasman och utnyttjar negativa laddningar för att dehydrera kaliumjonerna. Den nakna jonen kan sedan åka genom fyra bindningssiter i det selektiva filtret för att sedan komma ut i ECM. Eftersom flera joner kan finnas i kanalen kommer de att repellera varandra och göra att överkorsningen går snabbare.
I människor ser kanalen lite annorlunda ut. Vi har ytterligare en Beta-subenhet samt en T1-domän som länkar ihop kanalen med Beta-subenheten. Vi har också fyra extra transmembrana strukturer som skapar den spänningskänsliga sensorerna. Dessa kommer att röra sig som svar på en förändring i membranpotentialen. (depolarisering trycker dem utåt och tillåter kanalen att öppnas och vv.)
7. Dessa formar komplex med jonerna som de transporterar. Inbindningen tar en liten tid och därav är dessa transportörer mycker långsammare än kanalerna. Antingen använder de ATP som energikälla (Na+/K+-ATPas pumpen) eller också kan de gradvis att spara energi i form av andra jonkoncentrationgradienter, dvs de tar in/ut en jon med koncentrationsgradienten samtidigt som de slänger in/ut en annan mot dennes koncentrationsgradient. Ex. på sådana "exchangers" är Na+/Ca2+-exchangern och Na+/H+ som reglerar intracellulärt pH. Dessa kan vara både antiportar och symportar.
8. Detta är den bäst förstådda pumpen. Den är så viktig för hjärnan att 20-40% av all energi som hjärnan konsumerar beror på denna pump. Den hydrolyserar ATP för att kunna ta in 2 K+ och slänga ut 3 Na+. Detta gör att en nettoplusladdning slängs ut varje gång och således skapas en elektrisk ström som kan hyperpolarisera membranpotentialen. För att detta ska fungera betyder det att pumpen måste binda både Natrium och Kalium, den måste ha en site som binder ATP samt en site som binder ouabain, toxinet som blockerar denna pump. Studier har visar att pumpen utgörs av minst två transmembrana subenheter, alfa (mest intracellulär, binder ATP) och beta (mest extracellulär, binder ouabain). Precis som hos Ca2+-pumpen så påverkas även denna av fosforylering.
