Κανάλι ιόντων

Τα κανάλια ιόντων ή ιοντικοί δίαυλοι είναι διαμεμβρανικές πρωτεΐνες που εμπλέκονται αποκλειστικά στη μεταφορά ανόργανων ιόντων και κυρίως Na⁺, K⁺, Cl^- και Ca⁺². Αποτελούν την πλειονότητα των πρωτεϊνών διαύλων. Το πλεονέκτημά τους σε σχέση με τις πρωτεΐνες φορείς είναι η πολύ μεγάλη ταχύτητα μεταφοράς ιόντων.

Χαρακτηριστικά

Σε αντίθεση με άλλους υδρόφιλους πόρους, τα κανάλια ιόντων εμφανίζουν επιλεκτικότητα στα ιόντα και επιτρέπουν τη διέλευση μερικών ιόντων αλλά όχι όλων. Η επιλεκτικότητα εξαρτάται από τη διάμετρο και το σχήμα του καναλιού και από την κατανομή των φορτισμένων αμινοξέων που επενδύουν το εσωτερικό του. Επειδή το κανάλι είναι αρκετά στενό σε ορισμένα σημεία, τα ιόντα έρχονται σε επαφή με το τοίχωμά του και τελικά μπορούν να περάσουν μόνο τα ιόντα που έχουν κατάλληλο μέγεθος και φορτίο.

Η δεύτερη σημαντική διαφορά έγκειται στο ότι τα κανάλια ιόντων δεν είναι μονίμως ανοικτά, αλλά ανοίγουν για λίγο και μετά ξανακλείνουν. Τα περισσότερα κανάλια είναι ελεγχόμενα (εξαρτώμενα) κανάλια (gated channels).

Λειτουργία

Χάρη στην ενεργό μεταφορά ιόντων από αντλίες όπως η αντλία νατρίου-καλίου, οι συγκεντρώσεις ιόντων στις δύο πλευρές της μεμβράνης δε βρίσκονται σε ισορροπία, επομένως όταν ανοίξει ένα κανάλι τα ιόντα συρρέουν μέσα από αυτό. Αυτή η μεταφορά ιόντων ισοδυναμεί με ένα ηλεκτρικό παλμό που διαδίδεται μέσα η έξω από το κύτταρο. Η ροή ιόντων αλλάζει το μεμβρανικό δυναμικό, το οποίο μεταβάλλει τις ηλεκτροχημικές δυνάμεις που είναι υπεύθυνες για τις διαμεμβρανικές μετακινήσεις και τη μεταφορά άλλων ιόντων και εξαναγκάζει άλλα κανάλια ιόντων να ανοίξουν, με αποτέλεσμα να δημιουργηθεί μία τοπική αναστάτωση της ηλεκτρικής δραστηριότητας που διαβιβάζεται γρήγορα σε άλλες περιοχές της μεμβράνης.

Τύποι καναλιών ιόντων

Τα κανάλια ιόντων διαφέρουν μεταξύ τους όσον αφορά την επιλεκτικότητα σε ιόντα και στον έλεγχο ανοίγματος.

• τα τασεο-ελεγχόμενα κανάλια ανοίγουν με την αλλαγή στο δυναμικό της μεμβράνης. Τέτοιου είδους κανάλια παίζουν σημαντικό ρόλο στη διάδοση ηλεκτρικών σημάτων στα νευρικά κύτταρα. Αυτά τα κανάλια διαθέτουν ιδιαίτερες πρωτεϊνικές περιοχές που ονομάζονται αισθητήρες τάσης και είναι εξαιρετικά ευαίσθητα σε αλλαγές του δυναμικού της μεμβράνης. Μια αλλαγή στο δυναμικό δεν επηρεάζει το άνοιγμα του καναλιού, αλλά την πιθανότητα του να ανοίξει.
• τα προσδέτο-ελεγχόμενα κανάλια ανοίγουν ύστερα από τη σύνδεσή τους με κάποιο μόριο προσδέτη.
• τα μηχανο-ενεργοποιούμενα ελέγχονται από τη μηχανική δύναμη που ασκείται στο κανάλι. Τέτοιου τύπου κανάλια υπάρχουν στα ακουστικά κύτταρα του αυτιού.