Ioonkanal on tansmembraanne valk, mis moodustab membraani poorid ja laseb ioonidel sellest läbi minna. Ioonid on elektriliselt laetud osakesed; need võivad olla nii positiivsed kui ka negatiivselt laetud. Nad on raku ja selle keskkonna või mõne muu naaberraku vahel pidevas vahetuses.
Mis on ioonkanal?
Raku membraan koosneb kahekihilisest lipiidist. Ioonkanalid on membraansed valgud mis ulatuvad membraani ja võimaldavad ioonidel läbida. Ioonkanaleid nimetatakse ka kanaliteks valgud sest nad moodustavad läbipääsu. Ioonkanalite rühm on jagatud erinevatesse kategooriatesse, aktiivsete ioonikanalite ja passiivsete ioonikanalite hulka. Aktiivsed ioonikanalid loovad aktiivse transpordi abil ioonide läbipääsu, seega vajavad selle protsessi jaoks energiat. Passiivsed ioonikanalid seevastu ei tarbi energiat ja võimaldavad ioonide läbimist mööda juba olemasolevat elektrokeemilist gradienti. Selle gradiendi võib jagada keemilisteks ja elektrokeemilisteks komponentideks. Keemiline gradient kirjeldab a kontsentratsioon gradient. Kindla aine osakesed, näiteks kaalium, liikuge ioonkanalite abil kahe sektsiooni vahel koordineerimata. Selle tulemuseks on vormiriietus jaotus nendest osakestest kahe kambri vahel. Seda nimetatakse ka Browni molekulaarseks liikumiseks. Elektriline gradient seevastu hõlmab jaotus elektrilise pinge. Näiteks kui ühes kambris on suurenenud negatiivne laeng, moodustub elektriline gradient. Seejärel liiguvad teise sektsiooni positiivsed osakesed negatiivse laenguga sektsiooni, et tasakaalustada gradienti tekitatud ebavõrdset pinget. Aktiivsed ioonikanalid töötavad konkreetselt gradiendi vastu. Näiteks võivad nad transportida täiendavaid negatiivselt laetud osakesi juba negatiivselt laetud sektsiooni. See protsess nõuab aga energiakulu.
Funktsioon, tegevus ja ülesanded
Ioonkanalitel on mitmesugused funktsioonid. Saatjaga seotud ioonkanalid sünapside neuronitel on oluline roll signaalide edastamisel erinevate neuronite vahel. Seda tüüpi ioonkanalid asuvad postsünaptilises terminalis. Sissetuleva signaali ilmnemisel vabastab sünaps konkreetse neurotransmitter. Saatja siseneb sünaptiline lõhe ja seondub saatjaga piiratud ioonkanalite retseptoritega. Need avatakse ja postsünapsi membraanipotentsiaal muutub. Sõltuvalt sellest tekitatakse ergastav või inhibeeriv membraanipotentsiaal. See sõltub sellest, kas membraanipotentsiaali tõstetakse või langetatakse ning selle määrab omakorda ioonide sissevool läbi saatjaga suunatud ioonkanali. Stiimulite edasikandumine neuronis võib see olla aju või ka selgroog, genereeritakse ioonkanalite abil. Näiteks on sel viisil võimalik nägemisprotsess, aga ka stiimulite edasikandumine refleksis, näiteks reie refleks. Kui toimub membraanipotentsiaali muutus, toimub ioonikanalite avanemine mööda neuroneid. See loob muutunud membraanipotentsiaali juhtivuse, mis hõlmab dominoefektiga sarnast neuroni. Membraanipinge tekib esialgu seetõttu, et neuroni sees on negatiivne laeng ja rakuvälises piirkonnas positiivne laeng. Kui membraani pinge nn puhkepotentsiaal ületatakse, toimub membraani hüperpolarisatsioon. Selle tagajärjel muutub membraanipinge veelgi negatiivsemaks. See juhtub ioonkanalite avanemise või ka sulgemise tõttu. Need ioonkanalid on kaalium, kaltsium, kloriid ja naatrium kanalid. Need sõltuvad pingest, st nad avanevad või sulguvad sõltuvalt membraani potentsiaalist. Seda protsessi nimetatakse tegevuspotentsiaal ja jaguneb erinevateks etappideks. Esiteks toimub initsiatsioonifaas. Seejärel toimub depolarisatsioon, millele järgneb repolarisatsioon, mille käigus saavutatakse taas puhkepotentsiaal. Tavaliselt toimub hüperpolarisatsioon siiski enne repolarisatsiooni. See aitab tagada, et enam ei toimuks tegevuspotentsiaal käivitub vahetult pärast toimepotentsiaali, mis on tekkinud ja tekib pidev stiimul. Ioonkanalitel on oluline roll nii osmoosi reguleerimisel kui ka happe-aluse säilitamisel tasakaal kehas.
Moodustumine, esinemine, omadused ja optimaalsed väärtused
Nagu varem mainitud, on olemas aktiivsed ja passiivsed ioonkanalid. Kuid neid saab eristada ka nende sterueriseerimise olemuse põhjal. Need on pingega seotud ioonkanalid, mis toimivad ärrituse ülekandmiseks neuronites. Need võivad olla ka ligandiga seotud, näiteks saatjaga seotud ioonkanalid sünapside signaalide edastamiseks teistele neuronitele või ka signaali edastamiseks lihastesse. Muud ioonkanalid on mehaaniliselt tundlikud kanalid. Neid reguleerivad sellised mehaanilised stiimulid nagu rõhk. Temperatuuriga seotud ioonkanalid avatakse või suletakse, kui saavutatakse teatud temperatuuri künnis. Ja valgustatud väravatega ioonkanaleid reguleerib konkreetne valguse lainepikkus. Selle näiteks on rodopsiin, mis on seotud kanaliga ja reguleerib seda. Need esinevad näiteks silmas ja on visuaalse protsessi lahutamatud.
Haigused ja häired
Ioonkanaleid võivad mõjutada mõned haigused. Üks besipiel on defektne kaltsium kanal väikepea. See defekt on päästik epilepsia. Teine näide on Lambert-Eatoni sündroom. Sellisel juhul moodustuvad patsiendid antikehade vastu kaltsium neuromuskulaarse otsaplaadi kanalid. See on neuronite ja lihase vahelise stiimuli ülekandeala. Signaalid on nõrgenenud ja tulemuseks on lihasnõrkus. Mehi kipub see rohkem mõjutama seisund kui naised.
