Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

6.13: Ionenkanäle
INHALTSVERZEICHNIS

JoVE Core
Biology
Education
Ionenkanäle
 

PROTOKOLLE

6.13: Ionenkanäle

Ionenkanäle erhalten das Membranpotential einer Zelle. Bei den meisten Zellen ist das Innere der Zelle negativer geladen als das Äußere. Es enthält mehr negative als positive Ionen. Dies ist besonders bei erregbaren Zellen der Fall. Bei einem feuernden Neuron, einer kontrahierenden Muskelzellen oder sensorischen Berührungszellen, muss sich das Membranpotential beispielsweise schnell von einem negativen in ein positiveres Membranpotential verändern können. Damit das möglich ist, sind Zellen auf zwei Arten von Ionenkanälen angewiesen: ligandengesteuerte und spannungsgesteuert Kanäle.

Ligandengesteuerte Ionenkanäle, auch ionotrope Rezeptoren genannt, sind Transmembranproteine, die einen Kanal bilden und gleichzeitig eine Bindungsstelle besitzen. Wenn ein Ligand an die Oberfläche bindet, öffnet dieser den Ionenkanal. Häufige ionotrope Rezeptoren sind die NMDA-, Kainat-und AMPA-Glutamatrezeptoren sowie die nikotinischen Acetylcholinrezeptoren. Während die Mehrzahl der ionotropen Rezeptoren durch extrazelluläre Bindung von Neurotransmittern wie Glutamat oder Acetylcholin aktiviert wird, können einige wenige intrazellulär durch Ionen selbst aktiviert werden.

Wenn ein Ligand, wie Glutamat oder Acetylcholin, an seinen Rezeptor bindet, aktiviert er den Einstrom von Natrium-(Na+) und Calcium-Ionen (Ca2+) in die Zellen. Die positiven Ionen oder Kationen folgen ihrem elektrochemischen Gradienten und bewegen sich von der positiveren extrazellulären Oberfläche zur weniger positiven (negativeren) intrazellulären Oberfläche. Dadurch ändert sich das Membranpotential in der Nähe des Rezeptors. Dieser kann dann nahegelegene spannungsgesteuerte Ionenkanäle aktivieren, um die Änderung des Membranpotentials in die gesamten Zelle zu übertragen.

Ein weiterer ligandengesteuerter Ionenkanal, der GABAA-Rezeptor, lässt Chloridionen (Cl-) in die Zellen eindringen. Dies senkt das Membranpotential, begrenzt die Ausbreitungseffekte und hemmt die erregbare Zelle.

Spannungsgesteuerte Ionenkanäle öffnen oder schließen sich als Reaktion auf Änderungen des Membranpotentials. Wenn sich also beispielsweise ein benachbarter ligandengesteuerter Ionenkanal öffnet oder schließt. Es gibt verschiedene Arten von spannungsgesteuerten Kanälen, da sie selektive Permeabilität aufweisen. Das heißt, dass Ionen nach Größe und Ladungszustand gefiltert werden können. Spannungsgesteuerte Kalziumkanäle sind wichtig für die Muskelkontraktion und die Freisetzung von Neurotransmittern. Kaliumkanäle bewirken eine Repolarisierung der Zellmembran nach der Auslösung eines Aktionspotentials. Spannungsgesteuerte Protonenkanäle öffnen sich während der Depolarisation, um Protonen aus der Zelle zu entfernen.

Ionenkanäle können bei Migräne-Kopfschmerzen eine Rolle spielen. Die Dura Mater ist eine Schutzhülle für das Gehirn. Sie wird von mehreren Hirnnerven durchzogen. Es wird vermutet, dass Migräne von diesen Nerven ausgeht. Sowohl liganden -als auch spannungsgesteuerte Ionenkanäle in der Dura Mater können durch Veränderung von Membranpotentialen Schmerzsignale potenzieren.


Suggested Reading

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

Waiting X
simple hit counter