کانالهای یونی.کاری از خانمها:نوشین امینی-فهیمه علی اکبرزاده اقدم. دانشجویان دکتر احمدی

چکیده:
کانال¬های یونی تنظیم کننده، جریان یون¬ها را هنگام عبور از غشاء دو لایه¬ی لیپیدی قرار گرفته و اطراف آن¬ها را آب فرا گرفته است. بیشتر کانال¬های یونی دریچه¬دار حساس به ولتاژ ، پروتئین¬های چند زیر واحد از نوع مالتی ساب یونیت α می باشد در صورتیکه انواع مختلفی از این پروتئین β و γ و ...... وجود دارد.
ما در سلول¬های عصبی حداقل 4 نوع کانال انتخابی یونی داریم:
1. کانال¬های دریچه¬دار ولتاژی
2. کانال¬های دریچه¬دار لیگاندی
3. کانال¬های دریچه¬دار مکانیکی
4. کانال¬های نشتی K+
کانال¬های دریچه¬دار ولتاژی انواع مختلفی دارند:
1) کانال¬های دریچه¬دار سدیم
2) کانال¬های دریچه¬دار پتاسیم
3) کانال¬هایدریچه¬دار کلسیم (4)
Abstract
Ion channels regulate the flow of ions across the membrane in all cells. Ion channels are integral membrane proteins or, more typically an assembly of several
Proteins. Such multi subunit assemblies usually involve a circular arrangement of identical or homologous proteins closely packed around a water _ filled pore through the plane of the membrane or lipid bilayer . for most voltage _ gated ion channels the pore _ forming subunit(s) are called the α subunit while the auxiliary subunits are denoted β , γ and soon.
In neural cells we have at least 4 selective Ion channel:
1. Voltage _ gated channels
2. Ligand _ gated channels
3. Mechanically _ gated channels
4. K+ leak channels
Voltage _ gated channels:
1) Voltage _ gated sodium channels
2) Voltage _ gated potassium channels
3) Voltage _ gated calcium channels (4)

 
کانال¬های یونی:
پروتئین هایی که از یک طرف تا طرف دیگر غشا کشیده شده¬اند به صورت کانالی در می¬آیند که وقتی کانال باز است مواد بخصوصی مانند یون¬های غیرآلی که دارای بار و قطر بخصوصی هستند می¬توانند از آنها عبور کنند چون پروتئین¬های کانالی همگی در انتقال یون¬ها دخالت دارند به آنها کانال¬های یونی می¬گویند. تا 106 یون در هر ثانیه می¬تواند از این کانال بگذرد و سرعت عمل آن صد مرتبه بیشتر از پروتئین¬های ناقل است. کانال¬های یونی به سرچشمه¬ی انرژی احتیاج ندارند و انتقال یون در جهت شیب غلظت انجام می¬شود. یون-های Na- K- Ca در جهت شیب الکتروشیمیایی انتقال می¬یابند. این کانال¬ها خیلی انتخابی عمل می¬کنند و فقط اجازه¬ی برخی از یون¬های باردار با اندازه¬ی مخصوص را می¬دهند و از عبور یون¬های دیگر جلوگیری می¬کنند. برخی از این کانال¬ها دارای دریچه هستند که در لحظه¬ی کوتاهی باز شده و سپس بسته می¬شوند. در اغلب اوقات این نوع در تغییرات انتخابی درون غشا باز و بسته می¬شوند.(1)
هرچندکانال¬های یونی در سلول¬های عصبی و ماهیچه¬ای در پیام دهی الکتریکی نقش دارند اما در تمام سلول-ها اعمال دیگری را نیز وساطت می¬کنند. انتخابی عمل کردن غشاء سلولی نسبت به نفوذ یون¬ها به تعداد نسبی انواع کانال¬های یونی موجود در آن بستگی دارند.
در سلول¬های عصبی حداقل 4 نوع کانال انتخابی یون شناسایی شده است که عبارتند از:
1. کانال¬های دریچه¬دار حساس به ولتاژ channels voltage_Gated
این کانال¬ها با تغییر ولتاژ در عرض غشاء پلاسمایی باز و بسته می¬شوند.
2. کانال¬های دریچه دار حساس به لیگاند Ligand_Gated channels
این کانال¬ها با اتصال به یک لیگاند باز و بسته می¬شوند.
3. کانال¬های دریچه¬دار مکانیکی Mechanically_Gated channels
این کانال¬ها نسبت به تنش مکانیکی حساسند.
4. کانال¬های همیشه باز نشتی K+ K+ leak_channels
این کانال¬ها نیاز به محرکی برای باز کننده¬ی دریچه ندارند و همیشه بازند.
کانال¬های دریچه دار حساس به ولتاژ انواع مختلفی دارند که عبارتند از:
1) کانال¬های حساس به ولتاژ Na+ در غشاء سلول¬های عصبی
2) کانال¬های حساس به ولتاژ K+ در غشاء سلول¬های عصبی
3) کانال¬های حساس به ولتاژ Ca+ در غشاء سلول¬های عصبی(3)
کانال¬های حساس به ولتاژ Na+ در غشاء سلول¬های عصبی:
کانال¬های سدیمی در غشاء پلاسمایی سلول¬های عصبی و میوسیت¬های قلبی و ماهیچه¬های اسکلتی نسبت به شیب¬های الکتریکی در عرض غشا حساسند و با باز و بسته شدن نسبت به تغییرات این شیب پاسخ می¬دهند. این کانال یونی نسبت به یون Na+ بسیار انتخابی عمل می¬کنند و دارای شدت جریان بالای 107 یون در هر ثانیه مستند.
این کانال¬ها از جنس پروتئین مالتی ساب یونیت است که دارای یک زیرواحد بزرگتر α با 4000 اسید آمینه است. این زیر واحد دارای 4 قلمرو یا Domin(IتاIV ) همسان است که هریک از این دمین¬ها دارای 6 تا هلیکس تراغشایی است که هلیکس4 در هر دمین نقش حسگر را بازی می¬کند و دارای بنیان¬های باردار مثبت است و عملکرد این حسگر ولتاژ در حرکت هلیکس 4 در جهت عمود بر محور غشایی در پاسخ به تغییرات غشایی پتانسیل تراغشایی بار مثبت قوی بر روی هلیکس 4 امکان به داخل کشیده شدن آن در پاسخ به پتانسیل منفی درون غشا فراهم می¬کند. با دپلاریزه شدن غشاء هلیکس 4 به سمت خارج حرکت می¬کند. این حرکت با تغییر در شکل فضایی کانال باعث باز شدن آن در پاسخ به دپلاریزه شدن غشا می¬شود.
هلیکس 6 همان دریچه¬ی فعال است و ناحیه¬ی بین هلیکس¬های 5 و 6 ناحیه¬ی منفذ می¬باشد و هلیکس6 فیلتر انتخاب¬گری را می¬سازد که این 2 هلیکس در کنار یکدیگر به سمت سطح برون سلولی قرار می¬گیرند که فیلتر انتخاب¬گری را می¬سازند. این فیلتر امکان را به کانال می¬دهد که Na+ را از سایر یون¬های هم اندازه تشخیص می¬دهد و دمین¬های (IIIوIV) بین این دو رابطه¬ای وجود دارد که نقش دریچه¬ی غیر فعال را بازی می¬کند.
پس این کانال¬ دارای 2 دریچه 1- دریچه¬ی فعال و 2- دریچه¬ی غیر فعال می¬باشد. در هنگام استراحت طبیعی غشا که پتانسیل غشا 90- میلی ولت است دریچه¬ی فعال بسته است و هیچ یون سدیمی وارد نمی¬شود پس وقتی پتانسیل غشا منفی بودن کمتی از حالت استراحت یعنی 90- بود به ولتاژ 70- و 50- می¬رسد دریچه¬ی فعال باز می¬شودو باعث وارد شدن یون سدیم با نفوذپذیری 500 تا 5000 بار افزایش می¬یابد.
دریچه¬ی غیر فعال چند ده هزارم ثانیه بعد از باز شدن دریچه¬ی فعال بسته می¬شود. غیر فعال شدن این کانال با مکانیسم زنجیره و گوی Ball_and_chain قابل توجیه است. بخشی از کانال پروتئینی Na+ در سطح سیتوسلی که دریچه¬ی غیر فعال می¬نامند که مجموعه¬ای از گوی متصل به زنجیره را تشکیل می¬دهند.
این حرکت گوی متصل به زنجیره باعث بسته شدن کانال می¬شود. هنگامی که کانال باز است این قلمرو تا حدودی حرکت آزادانه دارد اما وقتی کانال بسته می¬شود جایگاهی در سطح درونی این کانال برای اتصال گوی متصل به زنجیره در دسترسی قرار می¬گیرد و انتقال را مهار می¬کند. طول این زنجیره عامل تعیین کننده¬ی مدت زمان باز بودن کانال Na+ است.(3)
کانال¬های حساس به ولتاژ K+ در غشاء سلول¬های عصبی:
کانال¬های پتاسیمی پروتئین مالتی¬مر با 4 زیر واحد می¬باشد که هریک از این زیرواحدها دارای 6 ناحیه هلیکس تراغشایی هستند البته با تجمع اسید آمینه با بار مثبت می¬باشند. در حالت استراحت دریچه¬ی کانال پتاسیمی بسته بوده و از عبور یون¬های پتاسیم از طریق این کانال به طرف خارج جلوگیری می¬شود. هنگامی که پتانسیل غشا از 90- میلی¬ولت به سوی صفر صعود می¬کند این تغییر ولتاژ یک تغییر شکل فضایی به¬وجود می¬آورد که دریچه را باز می¬گند و افزایش انتشار پتاسیم به خارج از طریق کانال را امکان¬پذیر می¬سازد اما به علت تغییر مختصر در باز شدن این کانال¬های پتاسیمی این کانال به طور عمده درست در همان زمانی که کانال¬های سدیمی به علت غیر فعال شدن شروع به بسته شدن می¬کنند باز می¬شوند به این ترتیب کاهش ورود سدیم به داخل سلول و افزایش همزمان در خروج پتاسیم از سلول با هم روند رپلاریزاسیون را تسهیل می¬کند. در ظرف چندده¬هزارم ثانیه¬ی دیگر منجر به برقراری کامل پتانسیل استراحت غشا می¬شوند.
مراحل متوالی پتانسیل عمل:
1- مرحله¬ی استراحت: این همان پتانسیل استراحت غشا قبل از بروز پتانسیل عمل است گفته می¬شود. غشا در این مرحله به علت پتانسیل غشاء منفی 90- میلی ولت یعنی پلاریزه است.
2- مرحله¬ی دپلاریزاسیون: در این مرحله غشا ناگهان نفوذپذیری به یون سدیم پیدا می¬کند. حالت پلاریزه طبیعی90- میلی ولت بلافاصله توسط یون سدیم ورودی خنثی می¬شود و پتانسیل به سرعت در جهت مثبت صعود می¬کند. این عمل موسوم به دپلاریزاسیون است.
3- مرحله¬ی رپلاریزاسیون: در ظرف ده¬هزارم ثانیه بعد از آن غشا نفوذپذیری زیادی به سدیم پیدا کرد کانال¬های سدیمی شروع به بسته شدن می¬کند و کانال¬های پتاسیمی به میزان بیش از حد طبیعی باز می¬شوند پس انتشار سریع یون¬های پتاسیم به خارج پتانسیل استراحت منفی طبیعی غشا را مجددا برقرار می¬سازد. این عمل موسوم به رپلاریزاسیون است.
وضعیت کانال¬های سدیمی¬ و پتاسیمی در زمان¬های مختلف طی پتانسیل عمل در غشاء:
A. در حالت آرامش کانال¬ها بسته است
B. طی مرحله¬ی دپلاریزاسیون پتانسیل عمل کانال سدیمی باز شده اما کانال پتاسیمی به دپلاریزاسیون پاسخ نمی¬دهد.
C. طی مرحله¬ی رپلاریزاسیون دریچه¬ی داخلی کانال سدیمی بسته می¬شود و این وضعیت تارسیدن به حالت آرامش باقی می¬ماند. در همین زمان کانال پتاسیمی در پاسخ به دپلاریزاسیون باز می شود.
D. طی مرحله¬ی هیپرپلاریزاسیون دریچه¬ی خارجی کانال سدیمی نیز به آرامی بسته می¬شود. با بازگشتن به حالت آرامش دریچه¬ی کانال پتاسیم بسته و دریچه¬ی داخلی کانال سدیمی باز می-شود.(2)
کانال¬های حساس به ولتاژ Ca+ در غشاء سلول¬های عصبی:
کانال کلسیمی نیز شبیه کانال سدیمی می¬باشد شامل زنجیره¬ی پلی پپتیدی منفرد است که دارای 4 دمین می¬باشد که هر زیرواحد یا هلیکس از 6 مارپیچ α تشکیل شده که عرض غشا را می¬پیمایند.
چهارمین مارپیچ α غنی از اسید آمینه با بار مثبت بوده که به عنوان حسگر ولتاژ عمل می¬نماید و بدین ترتیب هنگام پاسخ به تغییرات پتانسیل غشا در باز شدن کانال دخالت می¬کند.
این کانال علاوه بر یون¬های کلسیم نفوذپذیری مختصری به یون سدیم نیز دارد و لذا هنگامی که این کانال¬ها باز می¬شوند هم یون¬های کلسیم و هم یون¬های سدیم به طرف داخل فیبر جریان پیدا می¬کند. لذا این کانال¬ها گاهی کانال¬های کلسیمی¬_سدیمی نیز نامیده می¬شوند. کانال¬های کلسیمی¬_سدیمی به طور آهسته فعال می¬شوند و برای فعال شدن به زمان 10 تا 20 برابر زمان فعال شدن کانال¬های سدیمی نیاز دارند لذا این کانال¬ها غالبا آهسته نامیده می¬شوند برخلاف کانال سدیمی که کانال¬های سریع نامیده می¬شوند.
کانال¬های کلسیمی_سدیمی هم در عضله¬ی قلبی و هم در عضله¬ی صاف بسیار فراوان هستند. در واقع در بعضی از انواع عضله¬ی صاف کانال¬های سریع سدیمی به سختی یافت می¬شوند. به طوری که پتانسیل¬های عمل تقریبا به طور کامل توسط فعال شدن کانال¬های کلسیمی آهسته به وجود می¬آید.
غلظت یون کلسیم در مایع بین سلولی نیز اثر عمیقی روی ولتاژ دارد که در آن ولتاژ کانال¬های سدیمی فعال می¬شود هنگامی که کمبود یون کلسیم وجود دارد کانال¬های سدیمی می¬توانند با افزایش بسیار اندک پتانسیل غشا از مقدار استراحت طبیعی بسیارمنفی آن فعال شوند.
غشاء عضله صاف دارای کانال¬های کلسیمی دریچه دار وابسته به ولتاژ بسیار زیادتری از عضله اسکلتی اما دارای کانال¬های سدیمی دریچه¬دار وابسته به ولتاژ بسیار کمتری است. بنابراین سدیم در تولید پتانسیل عمل در عضله¬ی صاف سهم بسیار کمتری از عضله¬ی اسکلتی دارد و به جای آن جریان یون¬های کلسیم به داخل فیبر به طور عمده مسئول تولید پتانسیل عمل است.
کانال¬های کلسیمی حساس به ولتاژدر غشاء بسیاری از سلول¬های عصبی یافت شده¬اند. از آنجا که کانال¬های کلسیمی حساس به ولتاژ معمولا کندتر از کانال¬های سدیمی حساس به ولتاژ غیر فعال می-شوند جریان پایدارتری از بار مثبت را ایجاد می¬کنند بنابراین مرحله¬ی دپلاریزاسیون طولانی¬تر خواهد بود. جریان یون¬های کلسیم از طریق کانال¬های ویژه¬ی خود تاثیرات عمیقی بر پتانسیل عمل دارد. با باز شدن کانال¬های حساس به ولتاژ کلسیمی غلظت درون سلولی این یون افزایش میابد که پیامدهای درون سلولی مهمی را در بر دارد.(2)
فعال شدن کانال¬های پتاسیمی توسط کلسیم:
دپلاریزاسیون کانال¬های کلسیمی حساس به ولتاژ باز شده و یون¬های کلسیم از محل برون سلولی به درون سلولی وارد می¬شوند سپس یون¬های کلسیم با اتصال به کانال¬های پتاسیمی حساس به کلسیم باز شده و یون پتاسیم از سلول خارج می¬شود.(3)
Depolarizationca+2 channels openca+2 influx
ca+2 activated/K+ channels open
K+ effluxrepolarization

پاتولوژی:
1. Tetrodotoxin(TTX) : بلوکه کننده¬ی کانال سدیم. استفاده شده در ماهی دودی و سمندر سوسماری
2. Saxitoxin : بلوکه کننده¬ی کانال¬های سدیمی وابسته به ولتاژ.تولید شده در دینوفلاژلت¬ها
3. Dendrotoxin : بلوکه کننده¬ی کانال¬های پتاسیمی. تولید شده در mamba snakes
4. Iberiotoxin : بلوکه کننده¬ی کانال¬های پتاسیمی. تولید شده در Buthus tumulus (4)

منابع:
1) زیست شناسی سلولی و مولکولی ، دکتر مجد
2) فیزیولوژی پزشکی ، گایتون و هال ، جلد1
3) فیزیولوژی غشا ، دکتر عبادی
4) دانشنامه¬ی آزاد ویکی¬پدیا ، Wikipedia