SALURAN ION: STRUKTUR, FUNGSI, JENIS - BIOLOGI - 2025

The saluran ion adalah struktur membran berongga yang saluran bentuk atau pori-pori melintasi ketebalan membran dan berkomunikasi bagian luar sel dengan sitosol dan sebaliknya; beberapa mungkin memiliki sistem gerbang yang mengatur pembukaannya.

Saluran ini diisi dengan air dan mengontrol aliran ion tertentu dari satu sisi membran ke sisi lainnya. Mereka terdiri dari protein khas membran sel yang membentuk struktur berbentuk tabung silinder yang lebarnya melintasinya.

Pembentukan saluran ion terbuka dan tertutup (Sumber: Efazzari via Wikimedia Commons)

Mekanisme transpor melintasi membran ini secara luas dapat diklasifikasikan menjadi transpor pasif atau aktif. Pasif adalah mereka yang memungkinkan lewatnya zat yang mendukung gradien konsentrasinya, sedangkan yang aktif membutuhkan konsumsi energi, karena mereka memindahkan zat melawan gradien konsentrasinya.

Saluran ion merupakan mekanisme transpor pasif yang dapat diklasifikasikan menurut spesifisitasnya, yaitu menurut jenis ion yang dibiarkan melewatinya, atau menurut cara membuka atau menutupnya.

Fungsi utama dari sistem transpor membran ini adalah untuk memungkinkan aliran zat yang diatur ke dalam atau ke luar sel dan dengan demikian menjaga konsentrasi ion dan zat lain di dalam sel.

Kehadiran membran sel dan saluran ion sangat penting untuk menjaga perbedaan konsentrasi antara media intraseluler dan ekstraseluler, yang relevan dari banyak sudut pandang.

Saluran ion, terutama saluran yang bergantung pada ligan, sangat penting dalam farmakologi dan kedokteran, karena banyak obat dapat meniru fungsi ligan alami dan dengan demikian mengikat saluran tersebut, membuka atau menutupnya, seperti kasusnya.

Obat lain mampu memblokir situs pengikatan dan dengan demikian mencegah aksi ligan alami.

Struktur

Struktur saluran ion terdiri dari protein transmembran spesifik yang memiliki bentuk tubular dan meninggalkan pori atau lubang yang memungkinkan terjadinya komunikasi antara bagian dalam dan luar sel atau antar kompartemen intraseluler (organel).

Setiap saluran ion melibatkan protein membran struktural tertentu, dan lebih dari 100 gen telah dijelaskan yang menyandikan saluran ion tertentu.

Untuk saluran natrium, misalnya, 10 gen yang disebut SCN telah dijelaskan yang mengkode protein berbeda yang didistribusikan di jaringan berbeda dengan fungsi dan struktur tertentu.

Demikian pula, sejumlah besar gen yang mengkode protein berbeda yang menyusun saluran kalium yang termasuk dalam famili berbeda dan memiliki mekanisme aktivasi, pembukaan, dan inaktivasi yang berbeda telah dijelaskan.

Struktur protein dari saluran ion

Biasanya, saluran ion fungsional yang terkait dengan membran terdiri dari perakitan 4 hingga 6 subunit polipeptida serupa (homo oligomer) atau berbeda (hetero oligomer) yang membentuk pori pusat di antara mereka.

Diagram subunit membran dari saluran ion (Sumber: Efazzari via Wikimedia Commons)

Setiap subunit bervariasi sesuai dengan karakteristik dan sifat saluran, karena banyak yang spesifik untuk ion tertentu dan memiliki mekanisme buka dan tutup yang berbeda.

Beberapa saluran terdiri dari rantai polipeptida tunggal yang diatur dalam pola berulang yang melewati beberapa kali ketebalan membran dan berfungsi sebagai setara dengan subunit protein.

Selain subunit ini, yang dikenal dalam literatur sebagai subunit α, beberapa saluran ion juga memiliki satu atau lebih subunit tambahan (ß atau γ) yang mengatur pembukaan dan penutupannya.

Kekhususan setiap saluran terkait dengan diameter pori yang dibentuk oleh protein transmembran dan rantai samping (─R) dari asam amino yang menyusunnya.

Dengan cara ini, ada saluran yang hanya membiarkan natrium, kalium, ion kalsium melewatinya, dan seterusnya, karena rantai samping berfungsi sebagai "saringan".

Fitur struktural tambahan

Fitur penting lainnya dari banyak saluran adalah gerbang. Saluran dengan sifat ini dapat membuka atau menutup terhadap perubahan lokal yang terjadi di lingkungan mikro membran yang mengelilingi saluran.

Bergantung pada jenis salurannya, perubahan ini dapat bersifat mekanis, termal (perubahan suhu), listrik (perubahan tegangan) atau kimiawi (pengikatan ligan).

Namun, dalam apa yang disebut kanal ion pasif, yang tetap terbuka dan memungkinkan lewatnya ion tertentu secara spesifik, struktur ini tidak memiliki gerbang atau sensitif terhadap ligan atau jenis rangsangan lainnya.

Di saluran ion lain, yang sensitif terhadap keberadaan atau pengikatan ligan, terdapat tempat pengikatan ligan baik di sisi ekstraseluler maupun ke arah sitosol sel dan dalam kasus ini pori-pori atau saluran memiliki gerbang yang dapat dibuka atau ditutup. sesuai dengan keadaan ligannya.

Mekanisme utusan kedua untuk membuka atau menutup saluran

Dalam kasus memiliki situs ligan di bagian intraseluler, saluran ini biasanya memiliki pembawa pesan kedua sebagai ligan. Contoh saluran ion yang dibuka atau ditutup oleh mekanisme messenger kedua adalah reseptor olfaktorius:

Molekul aroma mengikat reseptornya di sisi ekstraseluler. Reseptor ini, pada gilirannya, terikat pada protein G yang diaktifkan yang, pada gilirannya, mengaktifkan protein adenyl cyclase yang membentuk cAMP, yang merupakan pembawa pesan kedua.

CAMP mengikat tempat pengikatan intraseluler dari beberapa saluran kalsium, yang menghasilkan pembukaan dan masuknya kalsium ke dalam sel.

Seolah-olah itu adalah efek domino, kalsium mengikat situs ligan saluran klorin lain, yang menghasilkan pembukaan dan keluarnya ion ini, menyebabkan depolarisasi sel olfaktorius.

Penting untuk digarisbawahi bahwa perubahan yang dihasilkan oleh ligan atau rangsangan yang mempengaruhi saluran ion sesuai dengan perubahan konformasi protein yang menyusun struktur saluran.

Dengan kata lain, perubahan konformasi yang dapat memindahkan gerbang dan menutup atau membuka saluran tidak lebih dari mendekati atau menjauhkan subunit protein yang menyusunnya.

Mekanisme aktivasi dan inaktivasi lainnya

Beberapa saluran, terutama saluran yang bergantung pada tegangan, dapat memasuki keadaan tahan api di mana perubahan tegangan yang sama yang mengaktifkannya sekarang tidak lagi mengaktifkannya.

Misalnya, dalam saluran kalsium dengan gerbang tegangan, perubahan tegangan membuka saluran dan kalsium masuk dan, begitu berada di dalam sel, ion yang sama mengikat ke situs pengikatan saluran kalsium dan saluran kalsium menutup. .

Bentuk lain dari inaktivasi reversibel saluran kalsium yang menjelaskan pembiasannya setelah aktivasi adalah defosforilasi saluran karena peningkatan konsentrasi kalsium internal.

Artinya, saluran kalsium dapat dinonaktifkan secara permanen karena adanya konsentrasi ion yang tinggi secara patologis, yang memediasi perekrutan enzim pembelahan dari protein yang diaktifkan oleh kalsium lainnya.

Saluran berpagar ligan dapat memasuki keadaan refraktori saat terkena ligannya dalam waktu lama, mekanisme ini disebut desensitisasi.

Obat-obatan, racun dan racun dapat mempengaruhi pengaturan saluran ion, menutup atau membuatnya tetap terbuka atau, dalam beberapa kasus, menempati lokasi ligan dan dengan demikian mengganggu fungsinya.

fitur

Saluran ion memiliki beragam fungsi, langsung atau tidak langsung.

- Mereka bertanggung jawab untuk mengatur aliran ion melalui plasma dan membran organel dari semua sel.

- Mereka memungkinkan adanya kontrol atas konsentrasi intraseluler dari ion yang berbeda.

- Dalam neuron dan sel otot, saluran ion mengontrol variasi dalam potensial membran yang terjadi selama potensial aksi dan selama potensial postsynaptic sel efektor.

- Saluran kalsium yang menghasilkan aliran bersih kalsium ke dalam ruang intraseluler bertanggung jawab atas aktivasi berbagai enzim dan protein yang berpartisipasi dalam banyak proses metabolisme.

- Demikian juga, peningkatan kalsium karena peningkatan transpornya memulai mekanisme pelepasan neurotransmiter ke ruang sinaptik neuron.

- Oleh karena itu, fungsi saluran ion juga berkaitan dengan mekanisme komunikasi seluler.

Generalitas transportasi melintasi membran

Seperti yang dinyatakan di atas, mekanisme transpor membran dapat aktif atau pasif tergantung pada apakah mereka mengkonsumsi energi dari sel tempat mereka berada. Mekanisme pasif diklasifikasikan menjadi difusi sederhana dan difusi terfasilitasi.

Difusi sederhana

Difusi sederhana memungkinkan lewatnya struktur fosfolipid dari membran molekul yang larut dalam lemak berukuran kecil, dengan karakteristik apolar dan tanpa muatan.

Jadi, misalnya, gas seperti oksigen (O2) dan karbon dioksida (CO2), etanol dan urea, untuk beberapa nama, melewati gradien konsentrasinya.

Penyebaran yang difasilitasi

Difusi terfasilitasi adalah yang difasilitasi oleh protein dan terdapat dua jenis mekanisme transpor pasif ini: saluran ion dan protein transporter atau protein transporter.

Saluran ion adalah mekanisme yang paling banyak digunakan oleh sel untuk pengangkutan ion yang tidak dapat melewati difusi sederhana, baik karena mereka memiliki muatan listrik dan fosfolipid membran menolaknya, karena ukuran dan polaritasnya atau karakteristik lainnya.

Difusi yang difasilitasi oleh protein pembawa digunakan untuk pengangkutan zat yang lebih besar dengan atau tanpa muatan, seperti glukosa dan gula lainnya.

Transpor membran aktif adalah yang terjadi melawan gradien konsentrasi zat terlarut yang diangkut dan membutuhkan konsumsi energi dalam bentuk ATP. Di antara pengangkut jenis ini adalah pompa dan pengangkut vesikuler.

Sebagai contoh pompa adalah pompa natrium / kalium, yang menghilangkan tiga natrium dan memasukkan dua kalium. Ada juga pompa kalsium.

Contoh transpor vesikuler adalah endositosis, eksositosis, pinositosis, dan fagositosis; semua mekanisme transpor aktif ini.

Jenis saluran ion

Dari titik ini, referensi akan dibuat ke saluran ion yang memungkinkan lewatnya ion melalui membran untuk mendukung gradien konsentrasinya, yaitu saluran transpor pasif.

Umumnya, masing-masing saluran ini spesifik untuk satu ion, dengan pengecualian beberapa saluran yang memungkinkan pengangkutan pasangan ion.

Diagram struktur saluran ion (Sumber: Outslider (Paweł Tokarz) di pl.wikipedia via Wikimedia Commons)

Salah satu cara untuk mengklasifikasikan saluran ion adalah dengan mengelompokkannya sesuai dengan mekanisme yang bertanggung jawab untuk pembukaannya. Dengan demikian, saluran pasif, saluran yang diatur tegangan (tergantung tegangan), saluran yang diatur ligan, dan saluran yang diatur stimulus mekanis telah dijelaskan.

- Saluran pasif : saluran yang terbuka secara permanen dan tidak menanggapi segala jenis stimulus; ini khusus untuk ion tertentu.

- Saluran yang bergantung pada tegangan : ini dapat membuka atau menutup (tergantung pada saluran) dalam menghadapi perubahan tegangan membran. Mereka sangat penting untuk pensinyalan sel, terutama di sistem saraf pusat mamalia.

- Saluran yang bergantung pada ligan : juga disebut saluran yang terikat ligan atau yang diatur ligan, saluran tersebut didistribusikan secara luas di sel tubuh manusia yang berbeda, tetapi dalam sistem saraf saluran tersebut merupakan saluran ionik yang diaktifkan oleh neurotransmiter dan penting untuk transmisi sinaptik dan pensinyalan antar sel.

Contoh saluran ion yang bergantung pada ligan yang diaktifkan oleh neurotransmiter adalah saluran natrium / kalium yang diaktifkan oleh glutamat.

Aktivasi reseptor kolinergik, dalam hal ini pengikatan asetilkolin ke membran postsinaptik (ligan saluran), membuka saluran natrium yang bergantung pada ligan dan memungkinkan masuknya ion ini mengikuti gradien konsentrasinya.

- Saluran yang diatur oleh rangsangan mekanis : ini adalah saluran yang dapat diaktifkan oleh distensi atau tekanan. Gaya mekanis ini disalurkan ke saluran melalui sitoskeleton dan saluran terbuka.

Referensi

1. Bear, MF, Connors, BW, & Paradiso, MA (Eds.). (2007). Ilmu Saraf (Vol.2). Lippincott Williams & Wilkins.
2. Departemen Biokimia dan Biofisika Molekuler Thomas Jessell, Siegelbaum, S., & Hudspeth, AJ (2000). Prinsip-prinsip ilmu saraf (Vol. 4, hal. 1227-1246). ER Kandel, JH Schwartz, & TM Jessell (Eds.). New York: McGraw-hill.
3. Lewis, CA, & Stevens, CF (1983). Selektivitas saluran reseptor asetilkolin ionik: ion mengalami lingkungan berair. Prosiding National Academy of Sciences, 80 (19), 6110-6113.
4. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Prinsip biokimia Lehninger. Macmillan.
5. Rawn, JD (1998). Biokimia. Burlington, Massachusetts: Penerbit Neil Patterson.
6. Viana, F., de la Peña, E., & Belmonte, C. (2002). Kekhususan transduksi termo dingin ditentukan oleh ekspresi saluran ionik diferensial. Ilmu saraf alam, 5 (3), 254.