Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

6.13: Ionenkanalen
INHOUDSOPGAVE

JoVE Core
Biology

A subscription to JoVE is required to view this content. You will only be able to see the first 20 seconds.

Education
Ion Channels
 
TRANSCRIPT

6.13: Ion Channels

6.13: Ionenkanalen

Ion channels maintain the membrane potential of a cell. For most cells, especially excitable ones, the inside has a more negative charge than the outside of the cell, due to a greater number of negative ions than positive ions. For excitable cells, like firing neurons, contracting muscle cells, or sensory touch cells, the membrane potential must be able to change rapidly moving from a negative membrane potential to one that is more positive. To achieve this, cells rely on two types of ion channels: ligand-gated and voltage-gated.

Ligand-gated ion channels, also called ionotropic receptors, are transmembrane proteins that form a channel but which also have a binding site. When a ligand binds to the surface, it opens the ion channel. Common ionotropic receptors include the NMDA, kainate, and AMPA glutamate receptors and the nicotinic acetylcholine receptors. While the majority of ionotropic receptors are activated by extracellular binding of neurotransmitters such as glutamate or acetylcholine, a few can be intracellularly activated by ions themselves.

When a ligand, like glutamate or acetylcholine, binds to its receptor it allows the influx of sodium (Na+) and calcium (Ca2+) ions into the cells. The positive ions, or cations, follow down their electrochemical gradient, moving from the more positive extracellular surface to the less positive (more negative) intracellular surface. This changes the membrane potential near the receptor, which can then activate nearby voltage gated ion channels to propagate the change in membrane potential throughout the cell.

Another ligand gated ion channel, the GABAA receptor, permits chloride ion (Cl-) into the cells. This actually lowers the membrane potential, limiting the propagating effects and inhibiting the excitable cell.

Voltage-gated ion channels open or close in response to changes in membrane potential, such as when a neighboring ligand-gated ion channel opens. There are several different types of voltage-gated channels that have selective permeability, meaning ions are filtered by size and charge. Voltage-gated calcium channels are important for muscle contraction and neurotransmitter release. Potassium channels work to repolarize the cell membrane after an action potential. Voltage-gated proton channels open during depolarization to remove protons from the cell.

Ion channels may play a role in migraine headaches. The dura mater is a protective covering for the brain. It is innervated by several cranial nerves. It is hypothesized that migraine originates in these nerves. Both ligand- and voltage-gated ion channels in the dura mater may potentiate pain signals by altering membrane potentials.

Ionenkanalen behouden het membraanpotentieel van een cel. Voor de meeste cellen, vooral exciteerbare, heeft de binnenkant een meer negatieve lading dan de buitenkant van de cel, vanwege een groter aantal negatieve ionen dan positieve ionen. Voor prikkelbare cellen, zoals het afvuren van neuronen, samentrekkende spiercellen of sensorische aanraakcellen, moet het membraanpotentiaal snel kunnen veranderen van een negatief membraanpotentiaal naar een meer positief. Om dit te bereiken, vertrouwen cellen op twee soorten ionenkanalen: ligand-gated en voltage-gated.

Ligand-gated ionkanalen, ook wel ionotrope receptoren genoemd, zijn transmembraaneiwitten die een kanaal vormen maar die ook een bindingsplaats hebben. Wanneer een ligand zich aan het oppervlak bindt, wordt het ionenkanaal geopend. Gemeenschappelijke ionotrope receptoren zijn de NMDA-, kaïnaat- en AMPA-glutamaatreceptoren en de nicotine-acetylcholinereceptoren. Terwijl de meeste ionotrope receptoren worden geactiveerd door extracellulaire binding van neurotransmitters zoals glutamaat of acetylcholine, enkele kunnen intracellulair worden geactiveerd door ionen zelf.

Wanneer een ligand, zoals glutamaat of acetylcholine, zich aan zijn receptor bindt, laat het de instroom van natrium- (Na + ) en calciumionen (Ca 2+ ) in de cellen toe. De positieve ionen, of kationen, volgen hun elektrochemische gradiënt en gaan van het positievere extracellulaire oppervlak naar het minder positieve (meer negatieve) intracellulaire oppervlak. Dit verandert de membraanpotentiaal nabij de receptor, die vervolgens nabijgelegen spanningsafhankelijke ionenkanalen kan activeren om de verandering in membraanpotentiaal door de cel te verspreiden.

Een ander ligand ionenkanaal, de GABAA-receptor, maakt chloride-ionen (Cl -) in de cellen. Dit verlaagt in feite het membraanpotentieel, waardoor de voortplantende effecten worden beperkt en de prikkelbare cel wordt geremd.

Voltage-gated ionenkanalen openen of sluiten als reactie op veranderingen in membraanpotentiaal, zoals wanneer een naburige ligandpoortd ionenkanaal wordt geopend. Er zijn verschillende soorten spanningsafhankelijke kanalen met selectieve permeabiliteit, wat betekent dat ionen worden gefilterd op grootte en lading. Spanningsafhankelijke calciumkanalen zijn belangrijk voor spiercontractie en afgifte van neurotransmitters. Kaliumkanalen werken om het celmembraan te repolariseren na een actiepotentiaal. Spanningsafhankelijke protonenkanalen openen tijdens depolarisatie om protonen uit de cel te verwijderen.

Ionenkanalen kunnen een rol spelen bij migraine. De dura mater is een beschermende laag voor de hersenen. Het wordt geïnnerveerd door verschillende hersenzenuwen. Er wordt verondersteld dat migraine in deze zenuwen ontstaat. Zowel ligand- als spanningsafhankelijke ionenkanalen in de dura mater kunnen pijnsignalen versterken door de membraanpotentialen te veranderen.


Aanbevolen Lectuur

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter