İyon Kanalı Geçitlenmesi ve Geçirgenliği
İyon kanallarının uyaranlara yanıt olarak nasıl açılıp kapandığı (geçitlenme) ve açık olduklarında dar bir gözenekten belirli iyonları hızla nasıl ilettikleri (geçirgenlik).
Tanım
Geçitlenme, bir kanalın açık ve kapalı durumlar arasında konformasyonel geçişidir; geçirgenlik ise, seçicilik filtresi ve elektrokimyasal itici kuvveti tarafından yönetilen, açık kanaldan iyonların hareketidir.
Kapsam
Bu konu, bir iyon kanalının iki tanımlayıcı davranışını kapsamaktadır: voltaj, ligandlar veya mekanik kuvvet tarafından yönlendirilen iletken ve iletken olmayan durumlar arasındaki stokastik geçiş olan geçitlenme; ve açık gözenekten iyonların seçici, yüksek verimli geçişi olan geçirgenlik. Tek kanal gözlemlerini, seçiciliğin yapısal temelini ve iletimin fiziksel modellerini ele almaktadır; membran potansiyeli dinamikleri ve pompalanma ise bitişik konularda işlenmektedir.
Temel sorular
- Kanalları hangi uyaranlar açıp kapatır ve geçitlenme tek kanal düzeyinde neden stokastik görünmektedir?
- Bir kanal, bir iyon türünü hızla iletirken diğerlerinden nasıl güçlü bir şekilde seçer?
- Seçicilik filtresinin yapısal temeli nedir?
- Tek kanal akımları kanal davranışını nasıl ortaya koymaktadır?
Temel kuramlar
- Hassas koordinasyon ile seçicilik
- Potasyum kanalı yapısı, omurga karbonil oksijenlerinin tercih edilen iyonun hidrasyon kabuğunu taklit ettiği bir filtre göstermektedir, böylece o iyon iletilirken, filtrenin iyi koordine edemediği daha küçük iyonlar dışlanmaktadır.
- Stokastik tek kanal geçitlenmesi
- Patch-clamp kaydı, bireysel kanalların ayrık açık ve kapalı seviyeler arasında aniden sıçradığını göstermektedir, bu nedenle makroskopik akımlar birçok stokastik tek kanal geçişinin istatistiksel toplamıdır.
Mekanizmalar
Geçitlenme, bir uyaranı—yüklü voltaj sensörleri üzerinde etki eden membran voltajı, ligand bağlanması veya membran gerilimi—iletim yolunu açan veya kapatan bir konformasyonel değişikliğe bağlar ve termal enerji bu geçişleri yönlendirdiği için, sabit genlikli rastgele açılıp kapanmalar olarak ortaya çıkmaktadırlar. Açık gözenekten geçirgenlik hızlıdır çünkü bir seçicilik filtresi, iyonun hidrasyon kabuğunu hassas bir şekilde yerleştirilmiş koordinasyon atomlarıyla değiştirerek, tercih edilen iyon için enerji bariyerini düşürürken diğerlerini dışlamaktadır; net akı, membran boyunca elektrokimyasal itici kuvvet tarafından belirlenmektedir.
Klinik önem
Geçitlenmeyi veya geçirgenliği değiştiren mutasyonlar kanalopatilere neden olmaktadır ve birçok ilaç ve toksin kanallara bağlanarak etki etmektedir, bu nedenle buradaki mekanizmalar klinik tavsiye yerine ilgili farmakoloji ve patofizyoloji için eğitsel bir arka plan oluşturmaktadır.
Tarihçe
Hodgkin ve Huxley tarafından çıkarılan makroskopik iletkenlikler, 1970'lerde Neher ve Sakmann'ın patch-clamp kayıtları ile ayrı olaylara ayrıştırılmıştır ve MacKinnon'ın 1998'deki potasyum kanalının atomik yapıları nihayet seçiciliği ve iletimi yapısal terimlerle açıklamıştır.
Öne çıkan isimler
- Bertil Hille
- Erwin Neher
- Bert Sakmann
- Roderick MacKinnon
İlgili konular
Temel eserler
- doyle1998
- neher1976
Sıkça sorulan sorular
- Geçitlenme ve geçirgenlik arasındaki fark nedir?
- Geçitlenme, kanalın açık mı yoksa kapalı mı olduğudur; geçirgenlik ise açık olduğunda iyonların nasıl aktığıdır. Herhangi bir geçirgenlik meydana gelmeden önce bir kanalın önce açılması gerekmektedir.
- Bir kanal potasyumu sodyumdan nasıl ayırt edebilir?
- Seçicilik filtresi, daha büyük potasyum iyonunu suya yakın bir şekilde koordine eder, ancak daha küçük sodyum iyonunu o kadar sıkı bir şekilde sığdıramaz, bu nedenle potasyum çok daha kolay geçer.