Een ionenkanaal is een tansmembraaneiwit dat een porie in het membraan vormt en ionen erdoorheen laat gaan. Ionen zijn elektrisch geladen deeltjes; ze kunnen postitief zijn, maar ook negatief geladen. Ze zijn in 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 transmembraan eiwitten die het membraan overspannen en ionen doorlaten. Ionenkanalen worden ook wel kanaal genoemd eiwitten omdat ze een doorgang vormen. De groep ionenkanalen is onderverdeeld in verschillende categorieën, de actieve ionenkanalen en de passieve ionenkanalen. De actieve ionenkanalen zorgen voor de doorgang van ionen door actief transport en hebben dus energie nodig voor dit proces. De passieve ionenkanalen verbruiken daarentegen geen energie en laten de doorgang van ionen langs een reeds bestaande eletrochemische gradiënt toe. Deze gradiënt kan worden onderverdeeld in de chemische en elektrochemische componenten. De chemische gradiënt beschrijft een concentratie verloop. De deeltjes van een bepaalde stof, zoals kalium, beweeg ongecoördineerd tussen twee compartimenten met behulp van ionenkanalen. Dit resulteert in een uniform distributie van deze deeltjes tussen de twee compartimenten. Dit wordt ook wel de Brownse moleculaire beweging genoemd. De elektrische gradiënt daarentegen omvat de distributie 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 gaan vervolgens naar het negatief geladen compartiment om de ongelijke spanning die door de gradiënt is opgebouwd opnieuw in evenwicht te brengen. De actieve ionenkanalen werken specifiek tegen een gradiënt. Ze kunnen bijvoorbeeld extra negatief geladen deeltjes naar het reeds negatief geladen compartiment transporteren. Dit proces vereist echter een energieverbruik.
Functie, actie en taken
Ionenkanalen hebben verschillende functies. Zender-gated ionenkanalen van de synapsen van neuronen hebben een belangrijke functie bij de overdracht van signalen tussen verschillende neuronen. Dit soort ionenkanalen bevindt zich aan de postsynaptische terminal. Wanneer een inkomend signaal optreedt, geeft de synaps een specifiek neurotransmitter De zender voert het synaptische spleet en bindt zich aan de receptoren van de zendergestuurde ionenkanalen. Deze worden geopend en het membraanpotentieel van de postsynapse wordt veranderd. Afhankelijk hiervan wordt een prikkelende of remmende membraanpotentiaal geproduceerd. 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 ook in de spinal cord, wordt gegenereerd door ionenkanalen. Op deze manier wordt bijvoorbeeld het proces van zien mogelijk gemaakt, maar ook het doorgeven van prikkels in een reflex zoals de hamstringreflex. Wanneer een verandering in membraanpotentiaal optreedt, vindt de opening van ionenkanalen langs neuronen plaats. Dit creëert geleiding van de veranderde membraanpotentiaal enltang een neuron vergelijkbaar met een domino-effect. De membraanspanning komt aanvankelijk tot stand doordat 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. Als resultaat wordt de membraanspanning nog negatiever. Dit gebeurt door het openen of ook sluiten van de ionenkanalen. Deze ionenkanalen zijn kalium, calcium, chloride en natrium kanalen. Ze zijn spanningsafhankelijk, dwz ze openen of sluiten afhankelijk van de membraanpotentiaal. Dit proces wordt genoemd actiepotentiaal en is onderverdeeld in verschillende stappen. Ten eerste vindt de initiatieffase plaats. Dan is er depolarisatie gevolgd door repolarisatie, waarbij het rustpotentieel weer wordt bereikt. Meestal treedt hyperpolarisatie echter op vóór repolarisatie. Dit dient om ervoor te zorgen dat niet verder actiepotentiaal wordt geactiveerd direct na het actiepotentiaal dat is opgetreden en dat er een continue stimulus optreedt. ionkanalen hebben ook een belangrijke functie bij de regulering van osmose en bij het in stand houden van zuur-base evenwicht in het lichaam.
Vorming, voorkomen, eigenschappen en optimale waarden
Zoals eerder vermeld, zijn er actieve en passieve ionenkanalen. Ze kunnen echter ook worden onderscheiden op basis van de aard van hun steruerisatie. Dit zijn spanningsafhankelijke ionenkanalen die dienen voor prikkeloverdracht in neuronen. Ze kunnen ook ligand-gated zijn, zoals de zender-gated ionenkanalen van de synapsen voor het doorgeven van signalen aan andere neuronen of ook voor signaaloverdracht naar de spieren. Andere ionenkanalen zijn de mechanisch gevoelige kanalen. Ze worden gereguleerd door mechanische prikkels zoals druk. Temperatuurgestuurde ionenkanalen worden geopend of gesloten wanneer een bepaalde temperatuurdrempel wordt bereikt. En lichtgated ionenkanalen worden gereguleerd door een specifieke 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 een integraal onderdeel van het visuele proces.
Ziekten en aandoeningen
Ionenkanalen kunnen door sommige ziekten worden beïnvloed. Een besipiel is defect calcium kanaal in het cerebellum Dit defect is een trigger voor epilepsie Een ander voorbeeld is het Lambert-Eaton-syndroom. In dit geval vormen zich patiënten antilichamen tegen calcium kanalen van de neuromusculaire eindplaat. Dit is het gebied van prikkeloverdracht tussen neuronen en het spierstelsel. Signalen worden verzwakt en het resultaat is spierzwakte. Mannen hebben hier meer last van voorwaarde dan vrouwen.
