Redaktsioon: 14. detsember 2016, kell 19:15 redigeeri Tginter (arutelu \| kaastöö) 17 muudatust Lisasin oluliselt teksti, natukene modifitseerisin olemasolevat Märgis: Visuaalmuudatus ← Vanem muudatus		Redaktsioon: 14. detsember 2016, kell 20:28 redigeeri eemalda Tginter (arutelu \| kaastöö) 17 muudatust Lisasin viiteid, tegid selgemaks detaile Märgis: Visuaalmuudatus Uuem muudatus →
2. rida: '''Ioonkanalid''' ehk '''ioonikanalid''' on [[Transmembraansed valgud\|transmembraanne valk]] kus membraani läbivatest [[Valk\|valgumolekulidest]] koosnev kanal ehk poor. Ioonkanalid aitavad tekitada ja kontrollida väikest [[Elektriline pinge\|elektrilist]] [[Gradient\|gradienti]] läbi kõikide elus[[Rakk\|rakkude]] [[Rakumembraan\|rakumembraani]] (vt puhkepotentsiaal), võimaldades [[Ioon\|ioonide]] liikumist mööda elektrokeemilist gradienti (näit [[Närviimpulss\|närviimpulsi]] teke ja ülekanne).<ref>[[Ain Heinaru]], "Geneetika" õpik kõrgkoolile, Tartu Ülikooli Kirjastus, lk 1009, 2012, ISBN 978-9949-32-171-1</ref> Ioonkanal avaneb (~~näit~~näiteks [[Ligand\|ligandi]] toimel) ja laseb perioodiliselt ja väga valikuliselt läbi teatud ioonid ja vähem valikuliselt ühe või mitu [[Anioon\|aniooni]] või [[Katioon\|katiooni]]. === Põhijooned === Kaks peamist omadust mis eristab ioonkanaleid teistest ioontransporter valkudest: * Ioonkanalit läbivate ioonide kogus on kõrge (miljon või enam iooni sekundis) ,<ref>Hille, Bertil. Ion channels of excitable membranes. Vol. 507. Sunderland, MA: Sinauer, 2001. <nowiki>http://pub.ist.ac.at/Pubs/courses/2012/introductiontoneuroscience1/docs/Lectures%20May%2013,15/Hille_Ion%20Channels%20of%20Excitable%20Membranes_Chapter1.pdf</nowiki></ref> * ~~Ioonid~~ioonid läbivad kanali mööda elektrilist gradienti vajamata lisaenergiat. Ioonkanalid paiknevad peaaegu kõikide elusorganismide rakkude rakumembraanides ja mitmetes [[Organell\|rakuorganellides]]. Nad on valkudest koosnev kitsas ava läbi membraani, kust saavad vaid kindla suuruse ja/või laenguga ioonid läbi liikuda. Seda kutsutakse selektiivseks permeaabluseks ehk selektiivseks läbitavuseks. Tüüpiline ioonkanal on vaid ühe või kahe aatomi laiuse vahega oma kitsaimast kohast ja on selektiivne kindlat tüüpi ioonidele, näiteks kaaliumile või naatriumile. Teised kanalid võivad olla aga läbitavad rohkem kui üht tüüpi ioonidele, reeglina peavad ioonid siiski olema sama laenguga: positiivsed [[Katioon\|katioonid]] või negatiivsed [[Anioon\|anioonid]]. Ioonid liiguvad kanali vahes üksteise järel tihti sama kiiresti kui muidu vabas lahuses. Mitmete ioonide läbitavust reguleeritakse värava ehk tõkkega, mis avaneb või sulgub reaktsioonina keemilisele või elektrilisele signaalile, temperatuurile või mehhaanilisele jõule. Ioonkanalid on integraalsed membraanivalgud, tavaliselt koosnedes mitmetes valkudest. Erinevad alaüksusesd on reeglina homoloogilised või identsed ning paiknevad ringikujuliselt tihedalt üksteise kõrval, omavahel membraani läbiva poori moodustades . Pingeseoseliste ioonkanalite poori moodustavate alaüksusi kutsutakse α alaüksusteks ning abistavaid alaüksusi tähistatakse β, γ jne. === Mitmekesisus === Elusrakkudes on üle 300 tüübi ioonkanaleid. <ref>Gabashvili IS, Sokolowski BH, Morton CC, Giersch AB (September 2007). [https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2538437 "Ion Channel Gene Expression in the Inner Ear"]. ''J. Assoc. Res. Otolaryngol''. '''8''' (3): 305–28. [[Digital object identifier\|doi]]:[[doi:10.1007/s10162-007-0082-y\|10.1007/s10162-007-0082-y]]. [[PubMed Central\|PMC]] [https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2538437 2538437]. [[PubMed Identifier\|PMID]] [https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17541769 17541769]</ref> Lihtsalt saab nad jagada katioonkanaliteks ja anioonkanaliteks, vastavalt mis laenguga ioone ta läbi laseb. Teisiti saab neid jagada lekkivateks(ing g ''leakage'') ja tõkestatavateks (ing k ''gated'') kanaliteks, mida saab võrrelda lekkiva toruga, kus ühel juhul pole kraani ja teisel on kraan millega läbitavust sulgeda ja avada. Neid võib ~~klassifitseerida~~kategoriseerida ka kanali tööpõhimõtte, kanalite arvu või valkude ~~paiknevuse~~paiknemise järgi. Ioonkanalite edasine eristus tekib kui mitmed alaüksused tekitavad spetsiiifilist tüüpi [[Elektrivool\|voolu]]. <ref>Vicini S (April 1999). "New perspectives in the functional role of GABA(A) channel heterogeneity". ''Mol. Neurobiol''. '''19''' (2): 97–110. [[Digital object identifier\|doi]]:[[doi:10.1007/BF02743656\|10.1007/BF02743656]]. [[PubMed Identifier\|PMID]] [https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/10371465 10371465]</ref> Teatud tüüpi kanalite alaüksus(te) puudumine või [[mutatsioon]] neis võib viia funktsiooni kadumiseni ja on põhjuseks [[Neuroloogia\|neuroloogilistele]] haigustele. === Bioloogiline roll === Ioonide reguleeritud ja selektiivne transport mis toimub ioonkanalite kaudu on aluseks mitmetele fundamentaalsetele füsioloogilistele protsessidele. See hõlmab näiteks elektrisignaale südames ja [[Närvisüsteem\|närvisüsteemis]], neerude tööd ja [[Immuunsüsteem\|immuunvastust]]. <ref>Clare, Jeffrey J. "Targeting ion channels for drug discovery." ''Discovery medicine'' 9.46 (2010): 253-260. http://www.discoverymedicine.com/Jeffrey-J-Clare/2010/03/24/targeting-ion-channels-for-drug-discovery/</ref> Mitmed [[Toksiin\|toksiinid]] on välja arenenud halvamaks saaklooma närvisüsteemi (näiteks ämblike ja madude mürgid). Nad töötavad muutes ioonkanali juhtivust ja/või kineetikat. Ioonkanalid on ka võtmeosaks mitmetes bioloogilistes protsessides, mis vajavad kiireid muutusi rakkudes, näiteks südame-, skeleti- ja silelihaste kokkutõmbed, [[Epiteelkude\|epiteelkoes]] toitainete ja ioonide transport, [[T-lümfotsüüdid\|T-lümfotsüütide]] aktivatsioon ja [[Kõhunääre\|pankreases]] [[Insuliin\|insuliini]] vabastamine. Uute [[Ravim\|ravimite]] avastamisel üritatakse mõjutada just ioonkanalite tööd. <ref>Camerino DC, Tricarico D, Desaphy JF (April 2007). "Ion channel pharmacology". ''Neurotherapeutics''. '''4''' (2): 184–98. [[Digital object identifier\|doi]]:[[doi:10.1016/j.nurt.2007.01.013\|10.1016/j.nurt.2007.01.013]]. [[PubMed Identifier\|PMID]] [https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17395128 17395128]</ref><ref>Verkman AS, Galietta LJ (February 2009). [https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3601949 "Chloride channels as drug targets"]. ''Nat Rev Drug Discov''. '''8''' (2): 153–71. [[Digital object identifier\|doi]]:[[doi:10.1038/nrd2780\|10.1038/nrd2780]]. [[PubMed Central\|PMC]] [https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3601949 3601949]. [[PubMed Identifier\|PMID]] [https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19153558 19153558]</ref><ref>Camerino DC, Desaphy JF, Tricarico D, Pierno S, Liantonio A (2008). "Therapeutic approaches to ion channel diseases". ''Adv. Genet''. Advances in Genetics. '''64''': 81–145. [[Digital object identifier\|doi]]:[[doi:10.1016/S0065-2660(08)00804-3\|10.1016/S0065-2660(08)00804-3]]. [[International Standard Book Number\|ISBN]] [[Eri:BookSources/978-0-12-374621-4\|978-0-12-374621-4]]. [[PubMed Identifier\|PMID]] [https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19161833 19161833]</ref> Ioonkanalite olulisust näitab ka see, et nad moodustavad 1,5% [[Inimese genoom\|inimgenoomist]]. <ref>http://www.discoverymedicine.com/Jeffrey-J-Clare/2010/03/24/targeting-ion-channels-for-drug-discovery/</ref> === Klassifikatsioon tõkestuse järgi === 24. rida: ==== Pingeseoselised ioonkanalid ==== Rakumembraanil paiknev potentsiaalide erinevuse tekitatud [[elektriväli]] põhjustab ioonkanalis konformatsioonilisi muutusi mis vastavalt [[Membraanipotentsiaal\|membraanipotentsiaalile]] siis avavevad või sulgevad pingeseoselise ioonkanali. ~~Avanevad ja sulguvad vastavalt membraanipotentsiaalile~~ * Pingeseoselised naatriumkanalid: Pere sisaldab 9 liiget ja on suuresti vastutav närviimpulsside tekkimisel ja levimisel. Poori moodustav α alaüksus on suur ~~(kuni 4000 aminohapet)~~ ja koosneb neljast [[Homoloogia\|homoloogilisest]] kordusdomeenist. Kanal koosneb ka abistavast β alaüksustest.<ref>Wood, John N., and Mark Baker. "Voltage-gated sodium channels." ''Current opinion in pharmacology'' 1.1 (2001): 17-21. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1471489201000078</ref> Mõlemad alaüksused on tugevalt glükosüülitud. * Pingeseoselised kaltsiumkanalid: Pere sisaldab 10 liiget ja nad koosnevad α2δ, β, ja γ alaüksustest. Kanalid mängivad olulist rolli nii lihasrakkude ~~kokkutõmbusteks~~kokkutõmbustel, ergastamisel kui ka närvirakkude ergastamisel koos [[Neurotransmitter\|virgatsaine]] vabastamisega.<ref>Catterall, William A. "Voltage-gated calcium channels." ''Cold Spring Harbor perspectives in biology'' 3.8 (2011): a003947. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3140680/</ref> * Pingeseoselised kaaliumkanalid: Pere koosneb umbes 40 liikmest, mis jagunevad omakorda 12 alaüksuseks. Peamiselt on need kanalid tuntud oma rolli eest rakumembraani repolariseerimisel närviimpulsi järel. α alaüksusel on 6 membraani läbivat segmenti. Need omakorda moodustavad [[Oligomeer\|tetrameere]] loomaks funktsioneerivat kanalit. * Mööduva retseptorpotentsiaaliga kanal: Perekonna liikmeid on vähemalt 28 ning nimetatakse TRP (ing k [[Transient receptor potential channel\|''transient receptor potential'']]) kanaliteks. Väga mitmekesise aktivatsiooni meetodiga. Mõned kanalid võivad olla konstitutiivselt avatud, samas teiste avatust reguleerib pinge, rakusisene Ca2+, pH, [[Oksüdatsiooniaste\|reduktsiooniaste]], [[osmolaarsus]] ja mehhaaniine venitamine. Kanalid erinevad ka ioonide poolest, mida nad läbi lasevad. Mõned on selektiivselt Ca2+ kanalid, teised on vähem selektiivsed, funktsioneerides katioonkanalitena. * Hüperpolarisatsioon-aktiveeritud tsüklilistest nukleotiididest tõkestatavad kanalid: Kanalid avanevad hüperpolarisatsiooni mõjul, erinevalt teistest tsüklilistest nukleotiididest tõkestatavatest kanalitest, mis avanevad depolarisatsiooni mõjul. Need kanalid on tundlikud tsüklilistele nukleotiididele tsükliline AMP (cAMP) ja cGMP, mis mõjutavad kanali avanemise pingetundlikust. Kanal on läbitav monovalentsetele K+ ja Na+ katioonidele. Peres on 4 liiget, millest kõik moodustavad tetrameere kuuekordselt membraani läbivatest α alaüksustest. Kuna kanalid avanevad hüperpolarisatsiooni tingimustes, funktsioneerivad nad südame rütmi hoidvate rakkude töös südames. * Pingeseoseline prootonkanalid: Kanalid avanevad depolarisatsioonil, aga on tugevalt pH-st sõltuvad. Seetõttu avanevad kanalid vaid juhul kui eletrokeemiline gradient on väljapoole ([[Tsütoplasma\|tsütoplasmas]] on positiivsem laeng kui väljaspool rakku) mille toimel liiguvad ainult prootonid rakust välja. Sellest tulenevalt on nende funktsioon happe väljutamine rakust. Veel on see kasutuses [[Fagotsüüt\|fagotsüütides]] oksüdatiivse purske käigus.<ref>DeCoursey, Thomas E. "Voltage-gated proton channels." ''Cellular and Molecular Life Sciences'' 65.16 (2008): 2554-2573. https://link.springer.com/article/10.1007/s00018-008-8056-8</ref> Kui fagotsüüt on neelanud mikroobi, siis ensüüm NADPH oksüdaas koondub membraani ja hakkab tootma reaktiivseid hapnikuühendeid mis aitavad mikroobe surmata. ==== Ligandseoselised kanalid ==== 36. rida: ==== Teiste tegurite toimel avanevad kanalid ==== See kategooria hõlmab aktivatsiooni ja inaktivatsiooni näiteks [[Sekundaarne edastaja\|sekundaarsete ~~edastastajate~~edastajate]] poolt, mille signaal pärineb raku seest. Võrdluseks ligandtõkestatavatel kanalitel tuleb taoline signaal väljastpoolt rakku. Sellisteks sekundaarseteks edastajateks võivad olla ioonid, mis põhjustavad kanali otsest aktivatsiooni, mis erineb pingeseoseliste ioonkanalite kaudsest aktivatsioonist (~~ioonide~~ioonidest tekkinud elektriline potentsiaal põhjustab aktivatsiooni/inaktivatsiooni). * Mitmed kaaliumkanalid. Kaltsium-aktiveeritud kaaliumkanalid: Pere 8 liiget aktiveerib peamiselt rakusisene Ca<sup>2+</sup>. Kahe poori domeeniga kaaliumkanalid: Enam kui 15 liikmest koosnev pere liikmed võivad olla aktiveeritavad kindlate [[Lipiidid\|lipiidide]], lenduvate anesteetikumite, kuumuse, hapniku, prootonite või membraanipingega. <ref>Kim, Donghee. "Physiology and pharmacology of two-pore domain potassium channels." ''Current pharmaceutical design'' 11.21 (2005): 2717-2736. http://www.ingentaconnect.com/content/ben/cpd/2005/00000011/00000021/art00005 </ref> * Valgustõkestatud kanal nagu näiteks rodopsiin avaneb valguse toimel. [[Rodopsiin]] on silma [[Kepikesed\|kepikestes]] mis aitavad näha vähese valgusega tingimustes. * Mehhaanilise stressi tundlikud ioonkanalid (ing k ''Mechanosensitive ion channels'' (MSC)) avanevad venimise, rebenemise, rõhumuutusele ja nihutamisele (ing k ''displacement''). Mikroorganismides on see kasutuses sensoorse andurina rakusuuruse reguleerimisel. Nende funktsionaalsust tähtsust näitab ka fakt, et E. colil on 5 erinevat MSC-d. <ref>Bowman, Charles L., et al. "Mechanosensitive ion channels and the peptide inhibitor GsMTx-4: history, properties, mechanisms and pharmacology." ''Toxicon'' 49.2 (2007): 249-270. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1852511/</ref> * Tsüklilistest nukleotiididest tõkestatavad ioonkanalid. * Temperatuurtõkestatud ioonkanalid avanevad reaktsioonina külmale või soojale temperatuurile. Näiteks TRPV1 avaneb temperatuuri tõustes paar kraadi üle 35°C ja TRPM8 mis avaneb järsult kui temperattur langeb alla 25°C. <ref>Tsai, Ming-Feng, and Christopher Miller. "Building a Temperature-Sensitive Ion Channel." ''Cell'' 158.5 (2014): 977-979. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0092867414010344</ref> === Klassifikatsioon paiknemise järgi === Ioonkanalid võivad asuda nii rakku ümbritseval plasmamembraanil kui ka rakusiseste organellide membraanil. Kuna plasmamembraan moodustab vaid ~2% tervest raku membraanist, ülejäänud 98% olles rakusiseste [[Organell\|organellide]] koostises (nt [[endoplasmaatiline retiikulum]], [[Golgi kompleks]], [[mitokonder]] ja [[kloroplast]]). Selle alusel jagatakse ioonkanalid kaheks: * Plasmamembraani kanalid. * Rakusisesed kanalid, mida klassifitseeritakse organellide järgi. Endoplasmaatilise retiikulumi kanalid: sealhulgas RyR, SERCA, ORAi, IP3R, PERK. <ref>Luciani, Dan S., et al. "Roles of IP3R and RyR Ca2+ channels in endoplasmic reticulum stress and β-cell death." ''Diabetes'' 58.2 (2009): 422-432. http://diabetes.diabetesjournals.org/content/58/2/422</ref> Mitokondtri kanalid: sealhulgas mPTP, KATP, BK, IK, CLIC5, Kv7.4 mis paiknevad sisemisel membraanil ning VDAC ja CLIC mis on välise membraani kanalid. <ref>Madamba, Stephen M., et al. "Mitochondrial ion channels in cancer transformation." ''Frontiers in oncology'' 5 (2015): 120. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4455240/</ref> ** Kloroplasti kanalid: [[Tülakoid\|Tülakoidi]] ioonkanalid. <ref>Pottosin, Igor, and Oxana Dobrovinskaya. "Ion channels in native chloroplast membranes: challenges and potential for direct patch-clamp studies." ''Frontiers in physiology'' 6 (2015). https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4686732/</ref> === Ioonkanali blokeerijad === 61. rida: Tetrodotoksiin (TTX) - seda kasutab kerakala enesekaitseks. Blokeerib naatriumkanaleid. Saksitoksiin (STX) - neurotoksiin, mida looduslikult toodavad mitmed [[dinoflagellaadid]] ja [[tsüanobakterid]]. <ref>[[Saxitoxin\|https://en.wikipedia.org/wiki/Saxitoxin]]</ref> Blokeerib pingeseoseid naatriumkanaleid. Konotoksiin - neurotoksiline valk mida toodab koonustigu. Eri tüübid võivad mõjutada näiteks naatriumkanaleid, kaaliumkanaleid ning pingeseoselisi naatrium- ja kaltsiumkanaleid. <ref>https://en.wikipedia.org/wiki/Conotoxin</ref> Lidokaiin ja novokaiin, mida kasutatakse lokaalanesteetikumidena näiteks hambaravis, blokeerivad naatriumkanaleid. <ref>http://www.hambaarst.ee/artiklid/633/</ref> Dendrotoksiin - klass presünaptilisi neurotoksiine, mida [[mamba]] maod toodavad blokeerivad teatud alamtüüpe pingeseoselisi kaaliumkanaleid. [[Must mamba\|Musta mamba]] poolt toodetud dendrotoksiin K, blokeerib eelistatult Kv1.1 kanaleid ja on aktiivne juba [[Piko-\|piko]][[Molaarne kontsentratsioon\|molaarsetel kontsentratsioonidel]]. <ref>http://www.eurekaselect.com/62870/article</ref> ===Patoloogia=== Loomadel (sh inimestel) seostatakse ioonkanalitega mitmeid haiguslikke seisundeid, nagu ~~kanalopaatiad,~~ kaasasündinud hüperinsulism, [[tsüstneer]]<ref>Kuo, Ivana Y., and Barbara E. Ehrlich. "Ion channels in renal disease." ''Chemical reviews'' 112.12 (2012): 6353-6372. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3511917/</ref>, [[tsüstiline fibroos]], Brugada sündroom, mukolipidoos IV. Tsüstilist fibroosi põhjustab ka mutatsioon CFTR [[Geen\|geenis]], mis kodeerib ~~kloriidikanalit~~ tsüstilise fibroosi transmembraanse juhtivuse regulaatorvalk (CFTR), mis on kloriidikanal.<ref name=":0">Tsüstiline fibroos http://www.asperbio.com/et/asper-reprogenetics-testid-2/tsustiline-fibroos/ </ref> Mutatsioon antud geenis häirib kloriidiooni transporti rakust välja. Haigust põhjustavad mutatsioonid võivad olla ka epiteelmembraanirakkude kloriidikanalites.<ref>[https://web.stanford.edu/class/psych121/humangenome-CF.htm CYSTIC FIBROSIS], J. Wine 2003, veebiversioon (vaadatud 04.07.2014)<small> (''inglise keeles'')</small></ref> Haiguse korral kattuvad kopsud seest limaga, peamine [[sümptom]] on hingamishäired. Kahju saavad ka maks, pankreas, seedesüsteem. <ref name=":0" /> Brugada sündroomi põhjustavad mutatsioonid pingeseoselise väravaga naatriumkanalis. Sümptomiteks on ventrikulaarne arütmia, sünkoop ja südameseiskumine, mis toimuvad peamiselt kas magades või puhates. On täheldatud ka eelnevate sümptomiteta südame äkksurma. <ref>Brugada sündroom http://www.asperbio.com/et/asper-cardiogenetics-testid/brugada-sundroom/ </ref> Mukolipidoos IV põhjustavad mutatsioonid TRMPML1 kanalit kodeerivad geenis. Sümptomiteks on viivisega areng ja ajaga süvenev nägemiskahjustus.<ref>Mukolipidoos IV https://ghr.nlm.nih.gov/condition/mucolipidosis-type-iv</ref> Närvisüsteemi haigustest seostatakse erinevate ioonkanalite düsfunktsiooniga [[Epilepsia\|epilepsiat]], episoodilist ataksiat, auraga migreeni, Eatoni-Lamberti sündroomi, [[Alzheimeri tõbi\|Alzheimeri tõbe]], [[Parkinsoni tõbi\|Parkinsoni tõbe]], [[Skisofreenia\|skisofreeniat]], ekstrapüramidaal- ja liigutushäireid, müotoonilised haigusseisundid jpt.

Ioonikanal: erinevus redaktsioonide vahel