ไอออนแชนแนลโปรตีนที่แสดงออกโดยเซลล์สิ่งมีชีวิตเกือบทั้งหมดที่สร้างทางเดินสำหรับไอออนที่มีประจุจากเกลือที่ละลายรวมถึงโซเดียมโพแทสเซียมแคลเซียมและคลอไรด์ไอออนเพื่อผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ไขมันในร่างกายที่ไม่ต้องการเช่นนั้น การทำงานของเซลล์ในระบบประสาทการหดตัวของหัวใจและกล้ามเนื้อโครงร่างและการหลั่งในตับอ่อนเป็นตัวอย่างของกระบวนการทางสรีรวิทยาที่ต้องใช้ช่องไอออน นอกจากนี้ช่องไอออนในเยื่อหุ้มเซลล์ organ มีความสำคัญในการควบคุมความเข้มข้นของแคลเซียมในไซโตพลาสซึมและการทำให้เป็นกรดของช่องใต้เซลล์เฉพาะ (เช่น lysosomes)
เซลล์: ช่องเมมเบรน
นักชีวฟิสิกส์ที่ตรวจวัดกระแสไฟฟ้าที่ผ่านเยื่อหุ้มเซลล์พบว่าโดยทั่วไปแล้วเยื่อหุ้มเซลล์นั้นมีขนาดใหญ่กว่ามาก
วิวัฒนาการและหัวกะทิ
ไอออนไหลผ่านช่องทางไปสู่จุดสมดุลอย่างอดทน การเคลื่อนไหวนี้อาจเกิดจากไฟฟ้า (แรงดันไฟฟ้า) หรือการไล่ระดับสีทางเคมี (ความเข้มข้น) ความสามารถในการเปลี่ยนแปลงการไหลของไอออนซึ่งเป็นผลมาจากการพัฒนาของช่องไอออนอาจทำให้เกิดความได้เปรียบเชิงวิวัฒนาการโดยการอนุญาตให้สิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวสามารถควบคุมปริมาณของพวกเขาในการเผชิญกับการเปลี่ยนแปลงของสิ่งแวดล้อม จากวิวัฒนาการที่ตามมาช่องไอออนได้มีบทบาทสำคัญในการหลั่งเซลล์และการส่งสัญญาณไฟฟ้า
ช่องไอออนส่วนใหญ่นั้นมีรั้วรอบขอบชิดนั่นคือมันเปิดและปิดอย่างเป็นธรรมชาติหรือตอบสนองต่อสิ่งเร้าที่เฉพาะเจาะจงเช่นการจับโมเลกุลขนาดเล็กเข้ากับโปรตีนของช่องสัญญาณ ที่รับรู้โดยส่วนที่มีประจุของโปรตีนแชนเนล (ช่องไอออนแรงดันไฟฟ้ารั้วรอบขอบชิด) นอกจากนี้แชนเนลไอออนส่วนใหญ่เลือกได้ซึ่งอนุญาตให้ไอออนบางตัวผ่านได้เท่านั้น บางช่องทางดำเนินการไอออนชนิดเดียวเท่านั้น (เช่นโพแทสเซียม) ในขณะที่ช่องทางอื่นแสดงการเลือกแบบสัมพัทธ์ - ตัวอย่างเช่นการอนุญาตให้ไอออนบวกที่มีประจุบวกจะส่งผ่านในขณะที่ไม่รวมประจุลบ เซลล์ในสิ่งมีชีวิตที่สูงกว่าอาจแสดงช่องไอออนต่าง ๆ มากกว่า 100 ชนิดแต่ละเซลล์มีการเลือกจำเพาะที่แตกต่างกันและคุณสมบัติการแยกที่แตกต่างกัน
ฟังก์ชั่นและโครงสร้าง
การไหลของประจุที่มีประจุผ่านช่องทางเปิดแสดงถึงกระแสไฟฟ้าที่เปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าผ่านเยื่อหุ้มเซลล์โดยการเปลี่ยนแปลงการกระจายประจุ ในเซลล์ที่กระตุ้นหัวใจช่องทางแรงดันไฟฟ้าที่อนุญาตให้มีการไหลเข้าชั่วคราวของไอออนบวก (เช่นโซเดียมและแคลเซียมไอออน) รองรับการสลับขั้วสั้น ๆ ของเยื่อหุ้มเซลล์ที่เรียกว่าศักย์การกระทำ ศักยภาพในการดำเนินการสามารถส่งได้อย่างรวดเร็วในระยะทางไกลช่วยให้สามารถประสานงานและกำหนดเวลาที่แม่นยำของผลผลิตทางสรีรวิทยา ในเกือบทุกกรณีศักยภาพในการออกฤทธิ์ทำให้เกิดผลทางสรีรวิทยาปลายน้ำเช่นการหลั่งหรือการหดตัวของกล้ามเนื้อโดยการเปิดช่องทางเลือกแคลเซียมไอออนที่มีแรงดันไฟฟ้าแบบ gated และเพิ่มความเข้มข้นของแคลเซียมในเซลล์
ลำดับกรดอะมิโนของโปรตีนช่องไอออนที่แตกต่างกันได้รับการพิจารณาและในบางกรณีโครงสร้างผลึก X-ray ของช่องเป็นที่รู้จักกันเช่นกัน ขึ้นอยู่กับโครงสร้างของพวกเขาส่วนใหญ่ของช่องทางไอออนสามารถแบ่งได้เป็นหกหรือเจ็ด superfamilies สำหรับช่องทางเลือกโพแทสเซียมซึ่งเป็นหนึ่งในช่องทางไอออนที่โดดเด่นที่สุดมีสี่ subunits ที่คล้ายคลึงกันมารวมกันเพื่อสร้างอุโมงค์ที่รู้จักกันเป็นรูขุมขนดำเนินการที่ให้ทางเดินขั้วผ่านเยื่อหุ้มไขมันไม่ใช่ขั้ว ประเภทช่องทางอื่น ๆ ต้องการหน่วยย่อยคล้ายคลึงกันสามหรือห้าหน่วยเพื่อสร้างรูขุมขนที่ดำเนินการส่วนกลาง ในการแก้ปัญหาไอออนมีความเสถียรโดยโมเลกุลของน้ำโพลาไรซ์ในสภาพแวดล้อมโดยรอบ ช่องไอออนที่แคบและคัดสรรอย่างสูงเลียนแบบสภาพแวดล้อมของน้ำโดยการซับรูขุมขนที่มีอะตอมออกซิเจนคาร์บอนิลโพลาไรซ์ ช่องทางเลือกที่น้อยกว่าทำให้เกิดรูขุมขนที่มีขนาดใหญ่พอที่ไอออนและโมเลกุลของน้ำอาจผ่านเข้าด้วยกัน
สารพิษและโรค
สารพิษตามธรรมชาติหลายชนิดตั้งเป้าหมายไอออน ตัวอย่าง ได้แก่ เตตโตโรทอกซินที่เป็นช่องทางโซเดียมแรงดันไฟฟ้าซึ่งผลิตโดยแบคทีเรียที่อาศัยอยู่ในปลาปักเป้า (ปักเป้า) และสิ่งมีชีวิตอื่น ๆ acetylcholine รับนิโคติน acetylcholine รับศัตรู - อัลฟา -bungarotoxin จากพิษของงูในประเภท Bungarus (kraits); และอัลคาลอยด์ที่ได้จากพืชเช่นสตริกนินและ d-tubocurarine ซึ่งยับยั้งการกระตุ้นการทำงานของช่องไอออนที่เปิดโดยสารสื่อประสาทไกลซีน glycine และ acetylcholine ตามลำดับ นอกจากนี้ยังมียารักษาโรคจำนวนมากซึ่งรวมถึงยาชาเฉพาะที่เบนโซไดอะซีพีนและอนุพันธ์ซัลโฟนิลยูเรียทำหน้าที่โดยตรงหรือโดยอ้อมเพื่อปรับกิจกรรมของช่องไอออน
การกลายพันธุ์ที่สืบทอดในยีนไอออนแชนแนลและในยีนที่เข้ารหัสโปรตีนที่ควบคุมกิจกรรมไอออนแชนแนลมีส่วนเกี่ยวข้องในโรคหลายชนิดรวมถึง ataxia (ความไม่สามารถประสานงานการเคลื่อนไหวของกล้ามเนื้อโดยสมัครใจ) โรคเบาหวานโรคลมบ้าหมูและหัวใจเต้นผิดปกติ ในการเต้นของหัวใจ) ตัวอย่างเช่นความแปรปรวนทางพันธุกรรมในช่องทางเลือกโซเดียมและโพแทสเซียม - เลือกหรือในหน่วยย่อยของกฎระเบียบที่เกี่ยวข้องรองรับบางรูปแบบของโรค QT ยาว ซินโดรมนี้มีเอกลักษณ์เฉพาะด้วยการยืดเวลาในการสลับขั้วเวลาของศักยภาพการกระทำของหัวใจ myocyte ซึ่งสามารถนำไปสู่ภาวะหัวใจวายที่ร้ายแรง นอกจากนี้การกลายพันธุ์ใน adenosine triphosphate (ATP) - โพแทสเซียมที่ไวต่อช่องสัญญาณที่ควบคุมการหลั่งอินซูลินจากเซลล์ในตับอ่อนรองรับบางรูปแบบของโรคเบาหวาน
