Reja: Harakatchan tashuvchilar va ularning turlari

Harakatchan tashuvchilar, ionofor va kanal hosil qiluvchilar
Reja:
1.Harakatchan tashuvchilar va ularning turlari.
2.Ionofor hosil qiluvchilar.
3.Ion kanallari va ularning ahamiyati.

Ion kanallari g'ovak hosil qiluvchi membrana oqsillari bo'lib, ionlarning kanal teshigidan o'tishini ta'minlaydi. Ularning vazifalari membrana potentsialini o'rnatish, harakat potentsialini va boshqa elektr signallarini hujayra membranasi bo'ylab ionlar oqimini yo'lga qo'yish, sekretor va epiteliya hujayralari bo'ylab ionlar oqimini nazorat qilish va hujayra hajmini tartibga solishni o'z ichiga oladi. Ion kanallari barcha hujayralarning membranalarida mavjud. Ion kanallari ionoforik oqsillarning ikkita sinfidan biri, ikkinchisi ion tashuvchilardir. Ion kanallarini o'rganish ko'pincha biofizika, elektrofiziologiya va farmakologiyani o'z ichiga oladi, shu bilan birga kuchlanish qisqichi, yamoq qisqichi, immunohistokimyo, rentgen kristallografiyasi, floroskopiya va RT-PCR kabi usullardan foydalaniladi. Ularning molekulalar sifatida tasniflanishi kanalomika deb ataladi. Ion kanallarini boshqa turdagi ion tashuvchi oqsillardan ajratib turadigan ikkita o'ziga xos xususiyat mavjud: Kanal orqali ionlarni tashish tezligi juda yuqori (ko'pincha sekundiga 106 ion yoki undan ko'p). Ionlar metabolik energiya (masalan, ATP, birgalikda tashish mexanizmlari yoki faol transport mexanizmlari) kiritilmasdan (yoki yordamisiz) "pastga" ion konsentratsiyasi va membrana potentsialining funktsiyasi bo'lgan elektrokimyoviy gradient bo'ylab kanallar orqali o'tadi. Ion kanallari barcha qo'zg'aluvchan hujayralar va ko'plab hujayra ichidagi organellalar membranasida joylashgan. Ular ko'pincha tor, suv bilan to'ldirilgan tunnellar sifatida tavsiflanadi, ular faqat ma'lum o'lchamdagi va/yoki zaryaddagi ionlarning o'tishiga imkon beradi. Bu xususiyat selektiv o'tkazuvchanlik deb ataladi. Arxetip kanal g'ovaklari eng tor nuqtasida atigi bir yoki ikki atom kengligida bo'lib, natriy yoki kaliy kabi ionlarning o'ziga xos turlari uchun tanlanadi. Biroq, ba'zi kanallar odatda umumiy zaryadga ega bo'lgan bir nechta turdagi ionlarning o'tishi uchun o'tkazuvchan bo'lishi mumkin: musbat (kationlar) yoki manfiy (anionlar). Ionlar ko'pincha kanal g'ovaklarining segmentlari bo'ylab bitta faylda ionlar erkin eritma orqali o'tgandek tez harakatlanadi. Ko'pgina ion kanallarida teshikdan o'tish kimyoviy yoki elektr signallari, harorat yoki mexanik kuchga javoban ochilishi yoki yopilishi mumkin bo'lgan "eshik" tomonidan boshqariladi. Ion kanallari integral membrana oqsillari bo'lib, odatda bir nechta alohida oqsillarning birikmalari sifatida hosil bo'ladi. Bunday "ko'p bo'linmali" yig'ilishlar odatda membrana yoki lipid ikki qavati tekisligi orqali suv bilan to'ldirilgan gözenek atrofida bir-biriga yaqin joylashgan bir xil yoki gomologik oqsillarning dumaloq joylashishini o'z ichiga oladi. Ko'pgina kuchlanishli ion kanallari uchun g'ovak hosil qiluvchi bo'linma(lar) a bo'linmalari deb ataladi, yordamchi bo'linmalar esa b, g va boshqalar bilan belgilanadi.

Kanallar nerv impulsi ostida joylashganligi va "uzatuvchi bilan faollashtirilgan" kanallar sinapslar bo'ylab o'tkazuvchanlik vositachiligini ta'minlaganligi sababli, kanallar ayniqsa asab tizimining muhim tarkibiy qismlari hisoblanadi. Darhaqiqat, organizmlar yirtqichlar va o'ljalarning asab tizimini yopish uchun ishlab chiqarilgan ko'plab toksinlar (masalan, o'rgimchaklar, chayonlar, ilonlar, baliqlar, asalarilar, dengiz salyangozlari va boshqalar tomonidan ishlab chiqarilgan zaharlar) ion kanallarining o'tkazuvchanligini va/yoki modulyatsiya qilish orqali ishlaydi. kinetika. Bundan tashqari, ion kanallari yurak, skelet va silliq mushaklarning qisqarishi, ozuqa moddalari va ionlarning epitelial tashilishi, T-hujayra faollashuvi va oshqozon osti bezi beta-hujayrasi insulini kabi hujayralardagi tez o'zgarishlarni o'z ichiga olgan turli xil biologik jarayonlarning asosiy komponentlari hisoblanadi. ozod qilish. Yangi dorilarni qidirishda ion kanallari tez-tez nishonga olinadi. Faqatgina ichki quloq hujayralarida 300 dan ortiq turdagi ion kanallari mavjud. Ion kanallari o'zlarining eshiklari tabiati, bu eshiklardan o'tadigan ionlarning turlari, eshiklar soni (g'ovaklari) va oqsillarning joylashishi bo'yicha tasniflanishi mumkin. Ion kanallarining keyingi heterojenligi turli xil tarkibiy bo'linmalarga ega bo'lgan kanallar ma'lum bir turdagi oqimni keltirib chiqarganda yuzaga keladi. Kanal bo'linmalarining bir yoki bir nechta turlarining yo'qligi yoki mutatsiyasi funktsiyani yo'qotishiga va potentsial ravishda nevrologik kasalliklarga olib kelishi mumkin. Ion kanallari eshiklar bo'yicha tasniflanishi mumkin, ya'ni kanallarni ochadigan va yopadigan narsalar. Masalan, kuchlanish bilan bog'langan ion kanallari plazma membranasidagi kuchlanish gradientiga qarab ochiladi yoki yopiladi, ligandli ion kanallari esa ligandlarning kanalga bog'lanishiga qarab ochiladi yoki yopiladi.
Membran potentsialiga javoban kuchlanish bilan o'rnatilgan ion kanallari ochiladi va yopiladi. Voltajga bog'langan natriy kanallari: Bu oila kamida 9 a'zoni o'z ichiga oladi va asosan harakat potentsialini yaratish va tarqatish uchun javobgardir. Teshik hosil qiluvchi a subbirliklari juda katta (4000 ta aminokislotagacha) va to'rtta gomologik takroriy domenlardan (I-IV) iborat bo'lib, ularning har biri oltita transmembran segmentini (S1-S6) jami 24 ta transmembran segmentini o'z ichiga oladi. Bu oila a'zolari, shuningdek, yordamchi b bo'linmalari bilan birlashadilar, ularning har biri membranani bir marta qamrab oladi. Ham a, ham b bo'linmalari ko'p miqdorda glikozillanadi. Voltajga bog'langan kaltsiy kanallari: Bu oilada 10 ta a'zo mavjud, ammo ular a2d, b va g subbirliklari bilan birlashishi ma'lum. Ushbu kanallar mushaklarning qo'zg'alishini qisqarish bilan bog'lashda, shuningdek, transmitterning chiqishi bilan neyronal qo'zg'alishda muhim rol o'ynaydi. a bo'linmalari natriy kanallari bilan umumiy tizimli o'xshashlikka ega va bir xil darajada katta. Spermatozoidlarning kation kanallari: Odatda Catsper kanallari deb ataladigan bu kichik kanallar oilasi ikki gözenekli kanallar bilan bog'liq va TRP kanallari bilan uzoqdan bog'liq. Voltajli kaliy kanallari (KV): Bu oilada 40 ga yaqin a'zolar mavjud bo'lib, ular keyinchalik 12 kichik oilaga bo'lingan. Bu kanallar asosan harakat potentsialidan keyin hujayra membranasini repolyarizatsiya qilishdagi roli bilan mashhur. a bo'linmalarida natriy kanallarining bitta domeniga homolog bo'lgan oltita transmembran segmentlari mavjud. Shunga mos ravishda, ular ishlaydigan kanal hosil qilish uchun tetramerlar sifatida yig'iladi. Ba'zi vaqtinchalik retseptor potentsial kanallari: Odatda oddiy TRP kanallari deb ataladigan bu kanallar guruhi Drosophila fototransduksiyasidagi roli tufayli nomlanadi. Kamida 28 a'zoni o'z ichiga olgan bu oila faollashtirish usulida nihoyatda xilma-xildir. Ba'zi TRP kanallari konstitutsiyaviy ravishda ochiq ko'rinadi, boshqalari esa kuchlanish, hujayra ichidagi Ca2 +, pH, redoks holati, osmolyarlik va mexanik cho'zilish bilan bog'langan. Bu kanallar oʻtgan ion(lar)ga qarab ham farqlanadi, baʼzilari Ca2+ uchun selektiv boʻlsa, boshqalari kam tanlab, kation kanallari vazifasini bajaradi. Bu oila gomologiyasiga koʻra 6 ta kichik oilaga boʻlinadi: klassik (TRPC), vanilloid retseptorlari (TRPV), melastatin (TRPM), polikistinlar (TRPP), mukolipinlar (TRPML) va ankirin transmembran oqsili 1 (TRPA). Giperpolyarizatsiya bilan faollashtirilgan siklik nukleotid eshikli kanallar: Bu kanallarning ochilishi boshqa siklik nukleotid eshikli kanallar uchun zarur bo'lgan depolarizatsiya emas, balki giperpolyarizatsiya tufayli sodir bo'ladi. Ushbu kanallar, shuningdek, kanal ochilishining kuchlanish sezgirligini o'zgartiruvchi siklik nukleotidlar cAMP va cGMP ga sezgir. Bu kanallar bir valentli kationlar K+ va Na+ o‘tkazuvchan. Bu oilaning 4 a'zosi bo'lib, ularning barchasi oltita transmembranli a subbirliklarining tetramerlarini tashkil qiladi. Ushbu kanallar giperpolyarizatsiya sharoitida ochilganda, ular yurakda, xususan, SA tugunida yurak stimulyatori kanallari sifatida ishlaydi. Voltajga bog'langan proton kanallari: kuchlanish bilan bog'langan proton kanallari depolarizatsiya bilan ochiladi, lekin kuchli pH sezgir tarzda. Natija shuki, bu kanallar faqat elektrokimyoviy gradient tashqi tomonga qarab ochiladi, shuning uchun ularning ochilishi faqat protonlarning hujayralarni tark etishiga imkon beradi. Shunday qilib, ularning vazifasi hujayralardan kislotali ekstruziya kabi ko'rinadi. Yana bir muhim funktsiya fagotsitlarda (masalan, eozinofiller, neytrofillar, makrofaglar) "nafas olish portlashi" vaqtida sodir bo'ladi. Bakteriyalar yoki boshqa mikroblar fagotsitlar tomonidan yutilganda, NADPH oksidaza fermenti membranada yig'iladi va bakteriyalarni o'ldirishga yordam beradigan reaktiv kislorod turlarini (ROS) ishlab chiqarishni boshlaydi. NADPH oksidaza elektrojenik bo'lib, elektronlarni membrana bo'ylab harakatlantiradi va proton kanallari proton oqimining elektron harakatini elektr bilan muvozanatlashiga imkon berish uchun ochiladi.
Ionotrop retseptorlari sifatida ham tanilgan ushbu kanallar guruhi retseptor oqsilining hujayradan tashqari domeniga bog'langan maxsus ligand molekulalariga javoban ochiladi. Ligandlar bilan bog'lanish kanal oqsili strukturasida konformatsion o'zgarishlarga olib keladi, bu oxir-oqibat kanal eshigining ochilishiga va plazma membranasi bo'ylab ion oqimiga olib keladi. Bunday kanallarga misol qilib, kation o'tkazuvchan "nikotinik" atsetilxolin retseptorlari, ionotrop glutamat-eshik retseptorlari, kislota sezuvchi ion kanallari (ASIC), ATP bilan bog'langan P2X retseptorlari va anion o'tkazuvchan g-aminobutirik kislota bilan o'ralgan GABAA retseptorlari kiradi. Ikkinchi messenjerlar tomonidan faollashtirilgan ion kanallari ham ushbu guruhga bo'linishi mumkin, ammo ligandlar va ikkinchi messenjerlar boshqacha tarzda bir-biridan farqlanadi. Ushbu kanallar guruhi odatda plazma membranasining ichki varaqchasi yaqinida kanalning transmembran domeniga bog'langan maxsus lipid molekulalariga javoban ochiladi. Fosfatidilinositol 4,5-bifosfat (PIP2) va fosfatid kislotasi (PA) bu kanallarni yopish uchun eng yaxshi tavsiflangan lipidlardir. Oqishning ko'p kaliy kanallari lipidlar bilan o'ralgan, shu jumladan ichkariga to'g'rilanuvchi kaliy kanallari va ikkita gözenek domenli kaliy kanallari TREK-1 va TRAAK. KCNQ kaliy kanallari oilasi PIP2 tomonidan yopilgan. Voltaj faollashtirilgan kaliy kanali (Kv) PA tomonidan tartibga solinadi. Uning faollashuvining o'rta nuqtasi PA gidrolizlanganda +50 mVga siljiydi, dam olish membrana potentsiallari yaqinida. Bu shuni ko'rsatadiki, Kv kuchlanishga bog'liq bo'lmagan lipid gidrolizi orqali ochilishi mumkin va bu kanalni ikkita lipidli va kuchlanishli kanal sifatida tasniflashi mumkin. Gating shuningdek, ligandlarda bo'lgani kabi hujayra tashqarisidan emas, balki hujayra membranasining ichki qismidagi ikkinchi xabarchilar tomonidan faollashtirish va inaktivatsiyani o'z ichiga oladi. Ba'zi kaliy kanallari: Ichkariga yo'naltirilgan kaliy kanallari: Bu kanallar kaliy ionlarining hujayra ichiga "ichkariga to'g'rilash" usulida oqishiga imkon beradi: kaliy hujayradan tashqariga qaraganda samaraliroq oqadi. Bu oila 15 ta rasmiy va 1 ta norasmiy aʼzodan iborat boʻlib, oʻziga xosligi boʻyicha yana 7 ta kichik oilaga boʻlinadi. Ushbu kanallarga hujayra ichidagi ATP, PIP2 va G-protein bg subbirliklari ta'sir qiladi. Ular yurakdagi yurak stimulyatori faolligi, insulinning chiqarilishi va glial hujayralardagi kaliyni qabul qilish kabi muhim fiziologik jarayonlarda ishtirok etadilar. Ular faqat ikkita transmembran segmentni o'z ichiga oladi, ular KV va KCa kanallarining asosiy g'ovak hosil qiluvchi segmentlariga mos keladi. Ularning a subbirliklari tetramerlarni hosil qiladi. Kaltsiy bilan faollashtirilgan kaliy kanallari: Bu kanallar oilasi hujayra ichidagi Ca2+ tomonidan faollashtiriladi va 8 ta a'zoni o'z ichiga oladi. Tandem pore domeni kaliy kanali: 15 a'zodan iborat bu oila oqish kanallari deb ataladigan narsalarni hosil qiladi va ular Goldman-Xodgkin-Katz (ochiq) rektifikatsiyani ko'rsatadi. "Ikki gözenekli domenli kaliy kanallari" umumiy nomidan farqli o'laroq, bu kanallar faqat bitta gözenekka ega, ammo har bir subbirlik uchun ikkita g'ovak domenlari mavjud. Ikki gözenekli kanallarga ligand va kuchlanishli kation kanallari kiradi, chunki ular ikkita g'ovak hosil qiluvchi bo'linmani o'z ichiga oladi. Nomidan ko'rinib turibdiki, ular ikkita teshikka ega. Kanalrhodopsin kabi yorug'lik eshiklari to'g'ridan-to'g'ri fotonlar tomonidan ochiladi. Mexanik sezgir ion kanallari cho'zilish, bosim, siljish va siljish ta'sirida ochiladi. Tsiklik nukleotid eshikli kanallar: Kanallarning ushbu super oilasi ikkita oilani o'z ichiga oladi: siklik nukleotid eshikli (CNG) kanallar va giperpolyarizatsiya bilan faollashtirilgan, siklik nukleotid eshikli (HCN) kanallar. Ushbu guruhlash evolyutsion emas, balki funktsionaldir. Tsiklik nukleotidli kanallar: Bu kanallar oilasi hujayra ichidagi cAMP yoki cGMP tomonidan faollashishi bilan tavsiflanadi. Bu kanallar birinchi navbatda K+ va Na+ kabi monovalent kationlarni o‘tkazuvchandir. Ular Ca2+ ni ham o'tkazuvchan, garchi u ularni yopish uchun harakat qilsa. Bu oilaning 6 a'zosi bo'lib, ular 2 kenja oilaga bo'lingan. Giperpolyarizatsiya bilan faollashtirilgan siklik nukleotidli kanallar Haroratga bog'langan kanallar: TRPV1 yoki TRPM8 kabi vaqtinchalik retseptorlarning potentsial ion kanali superoilasi a'zolari issiq yoki sovuq haroratlarda ochiladi.
Ion kanallari ham subhujayraviy lokalizatsiyasiga ko'ra tasniflanadi. Plazma membranasi hujayradagi umumiy membrananing taxminan 2% ni tashkil qiladi, hujayra ichidagi organellalar esa hujayra membranasining 98% ni o'z ichiga oladi. Hujayra ichidagi asosiy bo'limlar endoplazmatik retikulum, Golji apparati va mitoxondriyalardir. Mahalliylashtirish asosida ion kanallari quyidagilarga bo'linadi: Plazma membrana kanallari Misollar: kuchlanish bilan o'ralgan kaliy kanallari (Kv), natriy kanallari (Nav), kaltsiy kanallari (Cav) va xlorid kanallari (ClC) Keyinchalik turli organellalarga bo'lingan hujayra ichidagi kanallar Endoplazmatik retikulum kanallari: RyR, SERCA, ORAi Mitoxondriyal kanallar: mPTP, KATP, BK, IK, CLIC5, Kv7.4 ichki membranada va VDAC va CLIC4 tashqi membrana kanallari sifatida. Ba'zi ion kanallari ogohlantirishlarga javob berish muddati bo'yicha tasniflanadi: Vaqtinchalik retseptorlarning potentsial kanallari: Odatda oddiygina TRP kanallari deb ataladigan ushbu kanallar guruhi Drosophila vizual fototransduksiyasidagi roli tufayli nomlanadi. Kamida 28 a'zoni o'z ichiga olgan bu oila o'zining faollashuv mexanizmlarida xilma-xildir. Ba'zi TRP kanallari konstitutsiyaviy ravishda ochiq qoladi, boshqalari esa kuchlanish, hujayra ichidagi Ca2 +, pH, redoks holati, osmolyarlik va mexanik cho'zilish bilan bog'langan. Bu kanallar oʻtgan ion(lar)ga qarab ham farqlanadi, baʼzilari Ca2+ uchun selektiv, boshqalari esa kamroq selektiv kation kanallaridir. Bu oila gomologiyasi boʻyicha 6 ta kichik oilaga boʻlinadi: kanonik TRP (TRPC), vanilloid retseptorlari (TRPV), melastatin (TRPM), polikistinlar (TRPP), mukolipinlar (TRPML) va ankirin transmembran oqsili 1 (TRPA). Kanallar o'tkazadigan ioniga (masalan, Na+, K+, Cl−), tartibga solinish usullariga, ular tarkibidagi bo'linmalar soniga va tuzilishning boshqa jihatlariga ko'ra farqlanadi. Nerv impulsi ostida yotadigan kuchlanishli kanallarni o'z ichiga olgan eng katta sinfga mansub kanallar har birida oltita transmembran spiralga ega bo'lgan to'rtta subbirlikdan iborat. Faollashganda, bu spirallar harakatlanadi va teshikni ochadi. Ushbu oltita spiraldan ikkitasi g'ovakni chizib turuvchi halqa bilan ajratilgan va bu kanal sinfida va boshqalarda ion selektivligi va o'tkazuvchanligining asosiy belgilovchisi hisoblanadi. Ion selektivligining mavjudligi va mexanizmi birinchi marta 1960-yillarning oxirida Bertil Xill va Kley Armstrong tomonidan ilgari surilgan. Kaliy kanallari uchun ion selektivligi g'oyasi shundan iborat ediki, "selektivlik filtri" ning (Bertil Xill nomi bilan atalgan) oqsil magistrallarining karbonil kislorodlari odatda kaliy ionlarini himoya qiladigan suv molekulalarini samarali ravishda almashtirishi mumkin edi, ammo natriy ionlari kichikroq bo'lib, ular o'rnini bosa olmaydi. to'liq suvsizlantirilishi, bunday himoyalanish imkonini beradi va shuning uchun o'tib bo'lmaydi. Bu mexanizm ion kanalining birinchi tuzilishi aniqlanganda nihoyat tasdiqlandi. Makkinnon laboratoriyasida ion kanallarining o'tkazuvchanligi va selektivligini o'rganish uchun model sifatida faqat selektivlik filtri, "P" halqasi va ikkita transmembran spiraldan iborat bakterial kaliy kanali KcsA ishlatilgan. Roderik MakKinnon tomonidan rentgen kristallografiyasi yordamida KcsA molekulyar tuzilishini aniqlash 2003 yilda kimyo bo'yicha Nobel mukofotining ulushini qo'lga kiritdi. Ularning kichik o'lchamlari va integral membrana oqsillarini rentgenologik tahlil qilish uchun kristallash qiyinligi sababli, yaqinda olimlar kanallarning qanday "ko'rinishini" to'g'ridan-to'g'ri tekshirishga muvaffaq bo'lishdi. Ayniqsa, kristallografiya kanallarni membranalaridan yuvish vositasi bilan olib tashlashni talab qilgan hollarda, ko'plab tadqiqotchilar olingan tasvirlarni taxminiy deb hisoblashadi. Misol tariqasida, 2003-yilning may oyida xabar qilingan, kuchlanish bilan o'ralgan kaliy kanalining uzoq kutilgan kristall tuzilishidir.[34][35] Ushbu tuzilmalar haqidagi muqarrar noaniqliklardan biri kanallar ishlash jarayonida konformatsiyani o'zgartirishi (masalan, ular ochiladi va yopiladi) kuchli dalillar bilan bog'liq bo'lib, kristalldagi struktura ushbu operatsion holatlarning istalgan birini ifodalashi mumkin. Tadqiqotchilar hozirgi kunga qadar kanalning ishlashi to'g'risida xulosa qilganlarning aksariyati elektrofiziologiya, biokimyo, genlar ketma-ketligini taqqoslash va mutagenez orqali aniqladilar. Kanallar plazma membranasini bo'ylab g'ovak hosil qilish uchun bitta (CLIC) dan bir nechta transmembran (K kanallari, P2X retseptorlari, Na kanallari) domenlariga ega bo'lishi mumkin. Pore ​​kanalning selektivligini aniqlashi mumkin. Darvoza g'ovak hududida ham, tashqarisida ham shakllanishi mumkin.