Ionenkanaal

EEN Ionenkanaal is een transmembraaneiwit dat een porie in het membraan vormt en ionen door het membraan laat passeren. Ionen zijn elektrisch geladen deeltjes, ze kunnen positief maar ook negatief geladen zijn. Ze zijn in een constante uitwisseling tussen de cel en zijn omgeving of een andere naburige cel.

Wat is een ionenkanaal?

Het membraan van een cel bestaat uit een lipidedubbellaag. Ionenkanalen zijn transmembraaneiwitten die het membraan overspannen en ionen doorlaten. Ionenkanalen worden ook wel kanaaleiwitten genoemd omdat ze een doorgang vormen.

De groep ionenkanalen is onderverdeeld in verschillende categorieën, de actieve en passieve ionenkanalen. De actieve ionenkanalen genereren de doorgang van de ionen door actief transport, dus hebben ze energie nodig voor dit proces. De passieve ionenkanalen verbruiken daarentegen geen energie en laten ionen passeren langs een bestaande elektrochemische gradiënt. Deze gradiënt kan worden onderverdeeld in chemische en elektrische componenten. De chemische gradiënt beschrijft een concentratiegradiënt. De deeltjes van een bepaalde stof, zoals kalium, verplaatsen zich met behulp van ionenkanalen ongecoördineerd tussen twee compartimenten.

Dit resulteert in een gelijkmatige verdeling van deze deeltjes over de twee compartimenten. Dit staat ook bekend als de Brownse moleculaire beweging. De elektrische gradiënt daarentegen bevat de verdeling van elektrische spanning. Als er bijvoorbeeld een verhoogde negatieve lading in een compartiment is, wordt er een elektrische gradiënt gevormd. De positieve deeltjes van het andere compartiment verplaatsen zich vervolgens naar het negatief geladen compartiment om de door de gradiënt opgebouwde ongelijke spanning te compenseren. De actieve ionenkanalen werken specifiek tegen een gradiënt. Ze kunnen bijvoorbeeld verder negatief geladen deeltjes naar het toch al negatief geladen compartiment transporteren. Dit proces vereist echter een energieverbruik.

Functie, effect en taken

Ionenkanalen hebben een verscheidenheid aan functies. Zendergestuurde ionenkanalen in de synapsen van zenuwcellen spelen een belangrijke rol bij de overdracht van signalen tussen verschillende neuronen. Dit soort ionenkanalen bevindt zich aan het postsynaptische uiteinde.

Als er een inkomend signaal is, geeft de synaps een bepaalde neurotransmitter af. Dit komt in de synaptische opening en bindt zich aan de receptoren van de zendergestuurde ionenkanalen. Dit opent deze en verandert het membraanpotentieel van de postsynapse. Afhankelijk van de situatie is er dan een prikkelende of remmende membraanpotentiaal. Dit hangt af van het feit of de membraanpotentiaal wordt verhoogd of verlaagd en dit wordt op zijn beurt bepaald door de instroom van ionen door het zendergestuurde ionenkanaal. De overdracht van prikkels in het neuron, dit kan in de hersenen of in het ruggenmerg, wordt gegenereerd door ionenkanalen. Zo wordt het zien mogelijk gemaakt, maar ook het doorgeven van prikkels bij een reflex zoals de hamstringreflex.

Wanneer er een verandering in membraanpotentiaal is, openen ionenkanalen zich langs de neuronen. Dit creëert een transmissie van de veranderde membraanpotentiaal langs een neuron vergelijkbaar met een domino-effect. De membraanspanning wordt in eerste instantie gecreëerd door het feit dat er een negatieve lading in het neuron zit en een positieve lading in het extracellulaire gebied. Als de zogenaamde rustpotentiaal van de membraanspanning wordt overschreden, treedt hyperpolarisatie van het membraan op. Dit maakt de membraanspanning nog negatiever. Dit gebeurt door het openen of ook sluiten van de ionenkanalen. Deze ionenkanalen zijn kalium-, calcium-, chloride- en natriumkanalen. Ze zijn spanningsafhankelijk, dus openen of sluiten ze afhankelijk van het membraanpotentiaal.

Dit proces staat bekend als actiepotentiaal en is onderverdeeld in verschillende stappen. Ten eerste is er de inwijdingsfase. Dit wordt gevolgd door depolarisatie gevolgd door repolarisatie, waarbij het rustpotentieel weer wordt bereikt. Meestal treedt hyperpolarisatie echter op vóór repolarisatie. Dit zorgt ervoor dat er geen actiepotentiaal meer wordt geactiveerd direct nadat de actiepotentiaal heeft plaatsgevonden en dat er een permanente stimulus optreedt. Ionenkanalen hebben ook een belangrijke functie bij het reguleren van osmose en bij het handhaven van het zuur-base-evenwicht in het lichaam.

Opleiding, voorkomen, eigenschappen en optimale waarden

Zoals eerder vermeld, zijn er actieve en passieve ionenkanalen. Ze kunnen echter ook worden onderscheiden op basis van de manier waarop ze worden bestuurd. Dit zijn spanningsgestuurde ionenkanalen die worden gebruikt om prikkels in neuronen over te brengen. Ze kunnen ook worden aangestuurd door liganden, zoals de zendergestuurde ionenkanalen van de synapsen voor de overdracht van signalen naar andere neuronen of ook voor de overdracht van signalen naar de spieren.

Andere ionenkanalen zijn de mechanisch gevoelige kanalen. Ze worden gereguleerd door mechanische prikkels zoals druk. Bij het bereiken van een bepaalde drempelwaarde van een temperatuur worden temperatuurgestuurde ionenkanalen geopend of gesloten. En lichtgestuurde ionenkanalen worden gereguleerd door een bepaalde golflengte van licht. Een voorbeeld hiervan is rodopsine, dat gebonden is aan een kanaal en dit reguleert. Deze komen bijvoorbeeld voor in het oog en zijn geïntegreerd in het visuele proces.

Ziekten en aandoeningen

Ionenkanalen kunnen door sommige ziekten worden beïnvloed. Een voorbeeld is een defect calciumkanaal in het cerebellum. Dit defect is een trigger voor epilepsie. Een ander voorbeeld is het Lambert-Eaton-syndroom.

De patiënten ontwikkelen antilichamen tegen de calciumkanalen van de neuromusculaire eindplaat. Dit is het gebied van prikkeloverdracht tussen neuronen en de spieren. De signalen worden verzwakt en er treedt spierzwakte op. Mannen hebben meer kans op deze aandoening dan vrouwen.