תעלת יונים ממותגת מתח

תעלת יונים ממותגת מתח היא תעלת יונים אשר נפתחת או נסגרת כתוצאה משינוי במתח חשמלי, ומאפשרת מעבר יונים דרכה. לתעלות אלה תפקוד מרכזי בפעולתם של תאי עצב ותאי שריר.

 מבנה 
התעלות הממותגות מתח מורכבות מכמה תת-יחידות טרנסממברניות המאורגנות כך שנוצר נקב מרכזי בקרום התא דרכו מסוגלים לעבור יונים במורד המפל נאלקטרוכימי שלהם רק בעת פתיחת התעלה. בתעלות תלויות מתח ישנו אזור שהוא חיישן המתח, נקב, ושערים. התעלות הן בדרך כלל ספציפיות ליונים. ההרכב תת-היחידות של התעלה קובע אילו יונים יוכלו לעבור דרכה, הספציפיות מבוסס על גודל היון והמטען שלו, וכן על קשרים ייחודיים עם חומצות אמיניות כך שתצורה מסוימת של תת-יחידות תעביר, לדוגמה, בעיקר יוני נתרן.

התעלות הנפוצות בממברנת הנוירונים הן תעלות נתרן, תעלות אשלגן ותעלות סידן.

חיישן המתח מזהה שינויים בפוטנציאל הממברנה. הוא מורכב מחומצות אמיניות טעונות ומשנה קונפורמציה המובילה לפתיחה או סגירה של התעלה בתגובה לשינויים במתח.

הנקבובית המשמשת כנתיב מוליך למעבר יונים. סלקטיביות היונים של התעלה נקבעת על ידי הרכב חומצות האמינו של הנקבובית בשילוב עם המטען וגודל היון.

 שערים 
השערים השולטים בדינמיקת הפתיחה והסגירה של התעלה בהתאם לפוטנציאל הממברנה. שער ההפעלה נפתח בדרך כלל בתגובה לדה-פולריזציה. בחלק מהתעלות, קיים גם שער אינאקטיבציה.תעלת נתרן עשויה לעבור אקטיבציה ואינאקטיבציה בעזרת שני שערים הפועלים כמתגים ברמה המולקולרית ומווסתים את פעילותה. שערים אלו, שהם שער ההפעלה (Activation gate) ושער הנטרול (Inactivation gate), הם תלויי מתח, ורק במצב בו שניהם פתוחים תהיה תעלה זו פתוחה.

 דוגמאות 
תעלת הנתרן ותעלת האשלגן ממותגות המתח בתאי עצב ושריר.
תעלת סידן ממותגת מתח המשפעלת שחרור מוליך עצבי באתר הקדם-סינפטי.

 מנגנון 
לרוב אחת מיחידות התעלה מהווה חיישן למתח חשמלי, ושינוי המתח החשמלי גורם לשינוי במבנה חלבוני התעלה ועקב כך לפתיחת התעלה. לדוגמה, בתעלת הנתרן באזור הרגיש למתח מצוי ריכוז מובנה של מטענים חיוביים, כך שדפולריזציה של קרום התא גורמת לדחייתם תוך שינוי מבנה התעלה ולפתיחתה.

 היסטוריה 
תעלות יונים לא "התגלו" בבת אחת, אלא הובנו בהדרגה דרך שורת ניסויים פיזיולוגיים, ביו-כימיים ומבניים. אפשר לחלק את ההיסטוריה של הגילוי לשלבים:

שלב 1: הבנה פיזיולוגית

בשנת 1952 החוקרים אלן הודג'קין (Alan Hodgkin) ואנדרו האקסלי (Andrew Huxley) מתארים מודל של פוטנציאל פעולה בתאי עצב על בסיס הולכה של יונים דרך קרום התא. הם לא זיהו תעלות במובן המולקולרי, אך הציעו את קיומן של "שערים" שמגיבים לשינויי מתח.

הם זכו על כך בפרס נובל לפיזיולוגיה ב-1963.

שלב 2: הוכחה ניסויית לקיום תעלות

בשנות ה-70 וה-80 של המאה העשרים פותחה שיטת קיבוע הפיסה (patch clamp) על-ידי Bert sakman ו-Ervin Neher שאיפשרה למדוד זרם של יונים דרך תעלה יחידה. זו הייתה הפעם הראשונה שניתן היה למדוד ישירות את פעילותן של תעלות יונים.

על כך הם קיבלו פרס נובל לרפואה בשנת 1991.

שלב 3: גילוי מבני של תעלות

בשנת 1993 התגלה המבנה של תעלה תלויה-מתח ממשפחת תעלות האשלגן במבנה גבישי (X-ray crystallography) על ידי Roderick MacKinnon זה היה הגילוי המבני הישיר הראשון של תעלת יונים.

על כך הוא זכה בפרס נובל לכימיה בשנת -2003.

ראו גם
 תעלת סידן

קישורים חיצוניים

 הערות שוליים 

קטגוריה:חלבונים
קטגוריה:חלבונים ממברנליים אינטגרליים