Ioonikanal: erinevus redaktsioonide vahel

'''Ioonkanalid''' ehk '''ioonikanalid''' on [[Transmembraansed valgud|transmembraanne valk]], kus membraani läbivatest [[Valk|valgumolekulidest]] koosnevmoodustub 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>

Ioonkanalid on integraalsed membraanivalgud, tavaliselt koosnedes mitmetest valkudest. Erinevad alaüksusesdalaühikud ehk subühikud on reeglina homoloogilised või identsed ning paiknevad ringikujuliselt tihedalt üksteise kõrval, omavahel membraani läbivaläbivat poori moodustades. Pingeseoseliste ioonkanalite poori moodustavatemoodustavaid alaüksusialaühikuid kutsutakse α alaüksusteksalaühikuteks ning abistavaid alaüksusialaühikuid tähistatakse β, γ jne. <ref name=":1" />

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 ioonkanaleid (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 [[Silelihased|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 tervelt 1,5% [[Inimese genoom|inimgenoomist]].<ref>http://www.discoverymedicine.com/Jeffrey-J-Clare/2010/03/24/targeting-ion-channels-for-drug-discovery/</ref>

Teatud tüüpi kanalite alaüksusalaühiku(te) puudumine või [[mutatsioon]] neis võib viia funktsiooni kadumiseni ja on põhjuseks mitmetele [[Neuroloogia|neuroloogilistele]] ja teistele haigustele.

Ioonkanalite edasine eristus tekib, kui abistavad alaüksusedalaühikud 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>

Rakumembraanil paiknev potentsiaalide erinevuse tekitatud [[elektriväli]] põhjustab ioonkanalis konformatsioonilisi muutusi, mis vastavalt [[Membraanipotentsiaal|membraanipotentsiaalile]] siis avavevad või sulgevad pingeseoselise ioonkanali.

* Pingeseoselised naatriumkanalid: Pere sisaldab 9 liiget ja on suuresti vastutav närviimpulsside tekkimisel ja levimisel. Poori moodustav α alaüksusalaühik on suur ja koosneb neljast [[Homoloogia|homoloogilisest]] kordusdomeenist. Kanal koosneb ka abistavast β alaüksustestalaühikust.<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 alaüksusedalaühikud on tugevalt glükosüülitud.

* Pingeseoselised kaltsiumkanalid: Pere sisaldab 10 liiget ja nad koosnevad α2δ, β, ja γ alaüksustestalaühikutest. Kanalid mängivad olulist rolli nii lihasrakkude 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 alaüksuselalaühikul 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 mehhaaniinemehhaaniline venitamine. Kanalid erinevad ka ioonide poolest, mida nad läbi lasevad. Mõned on selektiivselt Ca2+ kanalid, teised on vähem selektiivsed, funktsioneerides katioonkanalitena.<ref name=":1" />

* 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 AMPcGMP (cAMP)tsükliline guanosiinmonofosfaat) ja cGMP[[Tsükliline adenosiinmonofosfaat|cAMP]], 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 alaüksustestalaühikutest. Kuna kanalid avanevad hüperpolarisatsiooni tingimustes, funktsioneerivad nad südame rütmi hoidvate rakkude töös südames.<ref name=":1" />

* 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.

* Valgustõkestatud kanal nagu näiteks [[rodopsiin]] avaneb valguse toimel. [[Rodopsiin]] on silma [[Kepikesed|kepikestes]], mis aitavad näha vähese valgusega tingimustes.

* [[Pinge (mehaanika)|Mehhaanilise pinge]] tundlikud ioonkanalid (MSC) avanevad ja sulguvad venimise, rebenemise, rõhumuutuselerõhumuutuse ja nihkelenihke (ing k ''displacement'') tulemusel. 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>

* Temperatuurtõkestatud ioonkanalid avanevad reaktsioonina külmale või soojale temperatuurile. Näiteks TRPV1 avaneb temperatuuri tõustes paar kraadi üle 35°C ja TRPM8, mis avaneb järsult kuitemperatuuri temperatuur langeblangedes 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>

Ioonkanalid võivad asuda nii rakku ümbritseval plasmamembraanil kui ka rakusiseste organellide membraanil. Kuna plasmamembraan moodustab vaid ~2% tervest raku membraanist, siis ülejäänud 98% olleson rakusiseste [[Organell|organellide]] koostises (nt [[endoplasmaatiline retiikulum]], [[Golgi kompleks]], [[mitokonder]] ja [[kloroplast]]). Selle alusel jagatakse ioonkanalid kaheks:

* Plasmamembraani kanalid paiknevad raku plasmamembraanis.

** MitokondtriMitokondri kanalid: sealhulgas mPTP, KATP, BK, IK, CLIC5, ja Kv7.44k, mis paiknevad sisemisel membraanil ning välimise membraani kanalid 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>

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>

Episoodiline ataksia tüübid 1 ja 2: 1. Esimest tüüpi põhjustavad mutatsioonid [[KCNA1]] geenis, mis kodeerib pingeseoselise väravaga kaaliumkanalit KV1.1. 2.Teist tüüpi põhjustavad mutatsioonid [[CACNA1A]] geenis, mis kodeerib pingeseoselise väravaga kaltsiumkanalit. <ref>[[Episodic ataxia|https://en.wikipedia.org/wiki/Episodic_ataxia]]</ref>