आयन चैनल: Difference between revisions

From Vigyanwiki
(Created page with "{{Short description|Pore-forming membrane protein}} {{distinguish|Ion Television|Ion implantation}} Image:Ion channel.png|thumb|upright=1.3|आयन चैनल का...")
 
No edit summary
Line 174: Line 174:
* सिंथेटिक आयन चैनल
* सिंथेटिक आयन चैनल
* ट्रांसमेम्ब्रेन रिसेप्टर
* ट्रांसमेम्ब्रेन रिसेप्टर
{{clear}}




Revision as of 21:10, 27 February 2023

Not to be confused with Ion Television or Ion implantation.
File:Ion channel.png
आयन चैनल का योजनाबद्ध आरेख। 1 - चैनल प्रोटीन डोमेन (आमतौर पर प्रति चैनल चार), 2 - बाहरी प्रकोष्ठ, 3 - पोटेशियम चैनल # चयनात्मकता फिल्टर, 4 - चयनात्मकता फिल्टर का व्यास, 5 - फास्फारिलीकरण साइट, 6 - कोशिका झिल्ली।

आयन चैनल ताकना बनाने वाली झिल्ली प्रोटीन होते हैं जो आयनों को चैनल छिद्र से गुजरने की अनुमति देते हैं। उनके कार्यों में आराम करने वाली झिल्ली क्षमता स्थापित करना शामिल है,[1] गेटिंग (इलेक्ट्रोफिजियोलॉजी) द्वारा कोशिका झिल्ली में आयनों के प्रवाह को क्रिया क्षमता और अन्य विद्युत संकेतों को आकार देना, स्राव और उपकला कोशिकाओं में आयनों के प्रवाह को नियंत्रित करना और कोशिका (जीव विज्ञान) मात्रा को विनियमित करना। आयन चैनल सभी कोशिकाओं की झिल्लियों में मौजूद होते हैं।[2][3] आयन चैनल आयनोफोर प्रोटीन के दो वर्गों में से एक है, दूसरा आयन ट्रांसपोर्टर है।[4]

वोल्टेज क्लैंप, पैच क्लैंप, इम्युनोहिस्टोकैमिस्ट्री, एक्स-रे क्रिस्टलोग्राफी, प्रतिदीप्तिदर्शन और आरटी-पीसीआर सहित तकनीकों का उपयोग करते हुए आयन चैनलों के अध्ययन में अक्सर जीव पदाथ-विद्य, इलेक्ट्रोफिजियोलॉजी और फार्माकोलॉजी शामिल होती है। अणुओं के रूप में उनके वर्गीकरण को channelomics कहा जाता है।


बुनियादी सुविधाएँ

File:Spin 1K4C.gif
KcsA पोटेशियम चैनल की संरचना (PDB: 1K4C)। दो ग्रे प्लेन लिपिड बाइलेयर की हाइड्रोकार्बन सीमाओं को इंगित करते हैं और इनकी गणना ANVIL एल्गोरिथम के साथ की गई थी।[5]

आयन चैनलों की दो विशिष्ट विशेषताएं हैं जो उन्हें अन्य प्रकार के आयन ट्रांसपोर्टर प्रोटीन से अलग करती हैं:[4]# चैनल के माध्यम से आयन परिवहन की दर बहुत अधिक है (अक्सर 106 आयन प्रति सेकंड या अधिक)।

  1. आयन चैनलों के माध्यम से अपने विद्युत रासायनिक प्रवणता से गुजरते हैं, जो आयन एकाग्रता और झिल्ली क्षमता का एक कार्य है, डाउनहिल, चयापचय ऊर्जा (जैसे एडेनोसाइन ट्रायफ़ोस्फेट, सह-परिवहन तंत्र, या सक्रिय परिवहन तंत्र) के इनपुट (या सहायता) के बिना।

आयन चैनल सभी उत्तेजनीय कोशिकाओं की कोशिका झिल्ली के भीतर स्थित होते हैं,[3]और कई इंट्रासेल्युलर ऑर्गेनेल। उन्हें अक्सर संकीर्ण, पानी से भरे सुरंगों के रूप में वर्णित किया जाता है जो केवल एक निश्चित आकार के आयनों और / या आवेश को गुजरने की अनुमति देते हैं। इस विशेषता को चयनात्मक पारगम्यता कहा जाता है। आर्किटेपल चैनल पोर अपने सबसे संकीर्ण बिंदु पर सिर्फ एक या दो परमाणु चौड़ा होता है और आयन की विशिष्ट प्रजातियों, जैसे सोडियम या पोटेशियम के लिए चयनात्मक होता है। हालांकि, कुछ चैनल एक से अधिक प्रकार के आयन के पारित होने के लिए पारगम्य हो सकते हैं, आम तौर पर एक सामान्य चार्ज साझा करते हैं: सकारात्मक (धनायन) या नकारात्मक (आयन)। आयन अक्सर एकल फ़ाइल में चैनल छिद्र के खंडों के माध्यम से चलते हैं, जैसे ही आयन मुक्त समाधान के माध्यम से चलते हैं। कई आयन चैनलों में, छिद्र के माध्यम से मार्ग एक गेट द्वारा नियंत्रित होता है, जिसे रासायनिक या विद्युत संकेतों, तापमान या यांत्रिक बल के जवाब में खोला या बंद किया जा सकता है।

आयन चैनल अभिन्न झिल्ली प्रोटीन होते हैं, जो आमतौर पर कई अलग-अलग प्रोटीनों की असेंबली के रूप में बनते हैं। ऐसी बहु-प्रोटीन सबयूनिट असेंबली में आमतौर पर झिल्ली या लिपिड बाइलेयर के तल के माध्यम से पानी से भरे छिद्र के चारों ओर समान या होमोलॉजी (जीव विज्ञान) प्रोटीन की एक गोलाकार व्यवस्था शामिल होती है।[6][7] अधिकांश वोल्टेज-गेटेड आयन चैनलों के लिए, ताकना बनाने वाली सबयूनिट (ओं) को α सबयूनिट कहा जाता है, जबकि सहायक सबयूनिट्स को β, γ, और इसी तरह दर्शाया जाता है।

जैविक भूमिका

क्योंकि चैनल तंत्रिका आवेग को रेखांकित करते हैं और क्योंकि ट्रांसमीटर-सक्रिय चैनल सिनैप्स के माध्यम से चालन में मध्यस्थता करते हैं, चैनल विशेष रूप से तंत्रिका तंत्र के प्रमुख घटक हैं। दरअसल, #आयन चैनल ब्लॉकर्स कि जीव शिकारियों और शिकार के तंत्रिका तंत्र को बंद करने के लिए विकसित हुए हैं (जैसे, मकड़ियों, बिच्छू, सांप, मछली, मधुमक्खियों, समुद्री घोंघे और अन्य द्वारा उत्पादित जहर) आयन चैनल चालन को संशोधित करके काम करते हैं और / या कैनेटीक्स। इसके अलावा, आयन चैनल विभिन्न प्रकार की जैविक प्रक्रियाओं में प्रमुख घटक हैं जिनमें कोशिकाओं में तेजी से परिवर्तन शामिल हैं, जैसे कि हृदय की मांसपेशी, कंकाल की मांसपेशी और चिकनी मांसपेशियों की मांसपेशियों में संकुचन, पोषक तत्वों और आयनों के उपकला परिवहन, टी-सेल सक्रियण और अग्न्याशय बीटा-सेल इंसुलिन रिलीज। नई दवाओं की खोज में, आयन चैनल लगातार लक्ष्य होते हैं।[8][9][10]


विविधता

आंतरिक कान की कोशिकाओं में ही 300 से अधिक प्रकार के आयन चैनल होते हैं।[11] आयन चैनलों को उनके गेटिंग (इलेक्ट्रोफिजियोलॉजी) की प्रकृति, उन द्वारों से गुजरने वाले आयनों की प्रजातियों, द्वारों (छिद्रों) की संख्या और प्रोटीन के स्थानीयकरण द्वारा वर्गीकृत किया जा सकता है।

आयन चैनलों की आगे विषमता तब उत्पन्न होती है जब विभिन्न संघटक प्रोटीन सबयूनिट वाले चैनल एक विशिष्ट प्रकार के करंट को जन्म देते हैं।[12] एक या अधिक प्रकार के चैनल सबयूनिट्स की अनुपस्थिति या उत्परिवर्तन के परिणामस्वरूप कार्य की हानि हो सकती है और, संभावित रूप से, तंत्रिका संबंधी रोग हो सकते हैं।

गेटिंग द्वारा वर्गीकरण

आयन चैनलों को गेटिंग द्वारा वर्गीकृत किया जा सकता है, अर्थात चैनल क्या खोलता और बंद करता है। उदाहरण के लिए, वोल्टेज-गेटेड आयन चैनल प्लाज्मा झिल्ली में वोल्टेज प्रवणता के आधार पर खुलते या बंद होते हैं, जबकि लिगैंड-गेटेड आयन चैनल लिगैंड (जैव रसायन) के बंधन के आधार पर खुलते या बंद होते हैं।

वोल्टेज-गेटेड

Main article: Voltage-gated ion channel

झिल्ली क्षमता के जवाब में वोल्टेज-गेटेड आयन चैनल खुलते और बंद होते हैं।

  • वोल्टेज-गेटेड सोडियम चैनल: इस परिवार में कम से कम 9 सदस्य होते हैं और यह कार्य क्षमता निर्माण और प्रसार के लिए काफी हद तक जिम्मेदार है। ताकना बनाने वाली α सबयूनिट्स बहुत बड़ी (4,000 एमिनो एसिड तक) होती हैं और इसमें कुल 24 ट्रांसमेम्ब्रेन सेगमेंट के लिए छह ट्रांसमेम्ब्रेन सेगमेंट (S1-S6) शामिल होते हैं, जिनमें चार समरूप रिपीट डोमेन (I-IV) होते हैं। इस परिवार के सदस्य सहायक β सबयूनिट्स के साथ भी जुड़ते हैं, प्रत्येक झिल्ली को एक बार फैलाते हैं। दोनों α और β सबयूनिट्स बड़े पैमाने पर ग्लाइकोसिलेशन हैं।
  • वोल्टेज-गेटेड कैल्शियम चैनल: इस परिवार में 10 सदस्य हैं, हालांकि इन्हें α के साथ मिलकर जाना जाता है2δ, β, और γ उपइकाइयां। ये चैनल मांसपेशी उत्तेजना को संकुचन के साथ-साथ ट्रांसमीटर रिलीज के साथ न्यूरोनल उत्तेजना दोनों को जोड़ने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। Α उपइकाइयों में सोडियम चैनलों के समान समग्र संरचनात्मक समानता होती है और समान रूप से बड़ी होती है।
    • शुक्राणु के कटियन चैनल: चैनलों का यह छोटा परिवार, जिसे आमतौर पर कैटस्पर चैनल कहा जाता है, दो-छिद्र चैनलों से संबंधित है और क्षणिक प्रतिक्रिया संभावित चैनल से दूर से संबंधित है।
  • वोल्टेज-गेटेड पोटेशियम चैनल (केV): इस परिवार में लगभग 40 सदस्य हैं, जो आगे 12 उप-परिवारों में विभाजित हैं। इन चैनलों को मुख्य रूप से ऐक्शन पोटेंशिअल के बाद कोशिका झिल्ली के पुनर्ध्रुवीकरण में उनकी भूमिका के लिए जाना जाता है। Α सबयूनिट्स में छह ट्रांसमेम्ब्रेन सेगमेंट होते हैं, जो सोडियम चैनलों के एकल डोमेन के समरूप होते हैं। इसके विपरीत, वे कार्यशील चैनल बनाने के लिए टेट्रामर प्रोटीन के रूप में इकट्ठा होते हैं।
  • कुछ क्षणिक रिसेप्टर संभावित चैनल: चैनलों के इस समूह को सामान्य रूप से केवल टीआरपी चैनल के रूप में संदर्भित किया जाता है, इसका नाम ड्रोसोफिला फोटोट्रांसडक्शन में उनकी भूमिका के आधार पर रखा गया है। यह परिवार, जिसमें कम से कम 28 सदस्य हैं, इसकी सक्रियता की विधि में अविश्वसनीय रूप से विविधता है। कुछ टीआरपी चैनल संवैधानिक रूप से खुले प्रतीत होते हैं, जबकि अन्य वोल्टेज-गेटेड आयन चैनल, जीव विज्ञान में इंट्रासेल्युलर कैल्शियम द्वारा गेट किए जाते हैं। सीए2+, पीएच, रिडॉक्स स्थिति, ऑस्मोलरिटी, और स्ट्रेच-सक्रिय आयन चैनल। ये चैनल उन आयनों के अनुसार भिन्न होते हैं जो वे पास करते हैं, कुछ सीए के लिए चयनात्मक होते हैं2+ जबकि अन्य कम चयनात्मक हैं, कटियन चैनल के रूप में कार्य करते हैं। इस परिवार को समरूपता के आधार पर 6 उप-परिवारों में विभाजित किया गया है: शास्त्रीय (TRPC), वैनिलॉइड रिसेप्टर्स (TRPV), मेलास्टैटिन (TRPM), पॉलीसिस्टिन (TRPP), म्यूकोलिपिन्स (TRPML), और एकिरिन ट्रांसमेम्ब्रेन प्रोटीन 1 (TRPA (चैनल))।
  • हाइपरपोलराइजेशन-सक्रिय चक्रीय न्यूक्लियोटाइड-गेटेड चैनल: इन चैनलों का उद्घाटन अन्य चक्रीय न्यूक्लियोटाइड-गेटेड चैनलों के लिए आवश्यक विध्रुवण के बजाय हाइपरपोलराइजेशन (जीव विज्ञान) के कारण होता है। ये चैनल चक्रीय न्यूक्लियोटाइड्स चक्रीय एडेनोसिन मोनोफॉस्फेट और चक्रीय ग्वानोसिन मोनोफॉस्फेट के प्रति भी संवेदनशील होते हैं, जो चैनल के खुलने की वोल्टेज संवेदनशीलता को बदल देते हैं। ये चैनल मोनोवैलेंट केशन के लिए पारगम्य हैं+ और ना+. इस परिवार के 4 सदस्य हैं, जिनमें से सभी छह-ट्रांसमेम्ब्रेन α सबयूनिट्स के टेट्रामर्स बनाते हैं। चूंकि ये चैनल हाइपरपोलराइजिंग स्थितियों के तहत खुलते हैं, वे हृदय में हृदय गतिनिर्धारक चैनल के रूप में कार्य करते हैं, विशेष रूप से एसए नोड में।
  • वोल्टेज-गेटेड प्रोटॉन चैनल: वोल्टेज-गेटेड प्रोटॉन चैनल विध्रुवण के साथ खुलते हैं, लेकिन दृढ़ता से पीएच-संवेदनशील तरीके से। इसका परिणाम यह होता है कि ये चैनल तभी खुलते हैं जब विद्युत रासायनिक प्रवणता बाहर की ओर होती है, जैसे कि उनके खुलने से केवल प्रोटॉन कोशिकाओं को छोड़ने की अनुमति होगी। इस प्रकार उनका कार्य कोशिकाओं से अम्ल बाहर निकालना प्रतीत होता है। श्वसन फटने के दौरान फागोसाइट्स (जैसे इयोस्नोफिल्स, न्यूट्रोफिल, मैक्रोफेज) में एक और महत्वपूर्ण कार्य होता है। जब बैक्टीरिया या अन्य रोगाणुओं को फागोसाइट्स द्वारा घेर लिया जाता है, तो एंजाइम एनएडीपीएच ऑक्सीडेज झिल्ली में इकट्ठा हो जाता है और प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियों (आरओएस) का उत्पादन शुरू कर देता है जो बैक्टीरिया को मारने में मदद करता है। एनएडीपीएच ऑक्सीडेज इलेक्ट्रोजेनिक है, जो झिल्ली के पार इलेक्ट्रॉनों को स्थानांतरित करता है, और प्रोटॉन चैनल इलेक्ट्रॉन प्रवाह को विद्युत रूप से संतुलित करने के लिए प्रोटॉन प्रवाह की अनुमति देने के लिए खुलते हैं।

लिगैंड-गेटेड (न्यूरोट्रांसमीटर)

Main article: Ligand-gated ion channel

आयनोट्रोपिक रिसेप्टर (जैव रसायन) के रूप में भी जाना जाता है, चैनलों का यह समूह रिसेप्टर प्रोटीन के बाह्य डोमेन के लिए बाध्यकारी विशिष्ट लिगैंड अणुओं के जवाब में खुलता है। लिगैंड बाइंडिंग चैनल प्रोटीन की संरचना में एक परिवर्तनकारी परिवर्तन का कारण बनता है जो अंततः चैनल गेट के उद्घाटन और बाद में प्लाज्मा झिल्ली में आयन प्रवाह की ओर जाता है। ऐसे चैनलों के उदाहरणों में कटियन-पारगम्य एसिटाइलकोलाइन रिसेप्टर शामिल हैं निकोटिनिक एसिटाइलकोलाइन रिसेप्टर, ग्लूटामेट रिसेप्टर्स | आयनोट्रोपिक ग्लूटामेट-गेटेड रिसेप्टर्स, एसिड सेंसिंग आयन चैनल (एसिड-सेंसिंग आयन चैनल),[13] P2X रिसेप्टर्स | ATP-गेटेड P2X रिसेप्टर्स, और आयनों-पारगम्य γ-अमीनोब्यूट्रिक एसिड-गेटेड GABA रिसेप्टर | GABAA रिसेप्टर।

दूसरे संदेशवाहकों द्वारा सक्रिय किए गए आयन चैनलों को भी इस समूह में वर्गीकृत किया जा सकता है, हालांकि लिगैंड (जैव रसायन) और दूसरे संदेशवाहक अन्यथा एक दूसरे से अलग हैं।

लिपिड-गेटेड

Main article: Lipid-gated ion channels

चैनलों का यह समूह विशिष्ट लिपिड अणुओं की प्रतिक्रिया में खुलता है जो चैनल के ट्रांसमेम्ब्रेन डोमेन से जुड़ते हैं, आमतौर पर प्लाज्मा झिल्ली के आंतरिक पत्रक के पास।[14] फॉस्फेटिडिलिनोसिटोल 4,5-बिस्फोस्फेट (फॉस्फेटिडिलिनोसिटोल 4,5-बिस्फोस्फेट|पीआईपी2) और फॉस्फेटिडिक एसिड (फॉस्फेटिडिक एसिड) इन चैनलों को गेट करने के लिए सबसे अच्छी विशेषता वाले लिपिड हैं।[15][16][17] कई लीक पोटाशियम चैनल लिपिड द्वारा गेट किए जाते हैं जिनमें आवक-शुद्ध करनेवाला पोटेशियम आयन चैनल|इनवर्ड-रेक्टीफायर पोटेशियम चैनल और दो पोर डोमेन पोटेशियम चैनल TREK-1 और TRAAK शामिल हैं। केसीएनक्यू चैनल पीआईपी द्वारा गेटेड हैं2.[18] वोल्टेज सक्रिय पोटेशियम चैनल (केवी) को पीए द्वारा नियंत्रित किया जाता है। इसका सक्रियण का मध्यबिंदु PA हाइड्रोलिसिस पर +50 mV, आराम करने वाली झिल्ली क्षमता के पास शिफ्ट हो जाता है।[19] इससे पता चलता है कि केवी वोल्टेज से स्वतंत्र लिपिड हाइड्रोलिसिस द्वारा खोला जा सकता है और इस चैनल को दोहरी लिपिड और वोल्टेज गेटेड चैनल के रूप में अर्हता प्राप्त कर सकता है।

अन्य गेटिंग

गेटिंग में सेल झिल्ली के अंदर से दूसरे संदेशवाहकों द्वारा सक्रियण और निष्क्रियता भी शामिल है - सेल के बाहर से नहीं, जैसा कि लिगैंड्स के मामले में होता है।

  • कुछ पोटेशियम चैनल:
    • इनवर्ड-रेक्टिफायर पोटेशियम आयन चैनल|इनवर्ड-रेक्टिफायर पोटेशियम चैनल: ये चैनल पोटेशियम आयनों को आंतरिक रूप से सुधारात्मक तरीके से सेल में प्रवाहित करने की अनुमति देते हैं: पोटेशियम सेल से बाहर की तुलना में अधिक कुशलता से प्रवाहित होता है। यह परिवार 15 आधिकारिक और 1 अनौपचारिक सदस्य से बना है और आगे होमोलॉजी के आधार पर 7 उप-परिवारों में विभाजित है। ये चैनल इंट्रासेल्युलर एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट, पीआईपी से प्रभावित होते हैं2, और जी प्रोटीन βγ सबयूनिट्स। वे महत्वपूर्ण शारीरिक प्रक्रियाओं में शामिल हैं जैसे हृदय में पेसमेकर गतिविधि, इंसुलिन रिलीज, और ग्लिया में पोटेशियम तेज। उनमें केवल दो ट्रांसमेम्ब्रेन सेगमेंट होते हैं, जो K के कोर पोर-फॉर्मिंग सेगमेंट के अनुरूप होते हैंV और केCa चैनल। उनकी α सबयूनिट्स टेट्रामर्स बनाती हैं।
    • कैल्शियम-सक्रिय पोटेशियम चैनल: चैनलों का यह परिवार इंट्रासेल्युलर सीए द्वारा सक्रिय होता है2+ और इसमें 8 सदस्य हैं।
    • टैंडेम पोर डोमेन पोटैशियम चैनल: 15 सदस्यों का यह परिवार लीक चैनल के रूप में जाना जाता है, और वे जीएचके वर्तमान समीकरण प्रदर्शित करते हैं। गोल्डमैन-हॉजकिन-काट्ज़ (ओपन) रेक्टिफायर। 'टू-पोर-डोमेन पोटेशियम चैनल' के अपने सामान्य नाम के विपरीत, इन चैनलों में केवल एक छिद्र है, लेकिन प्रति सबयूनिट में दो छिद्र डोमेन हैं।[20][21]
  • दो-छिद्र चैनलों में लिगैंड-गेटेड और वोल्टेज-गेटेड कटियन चैनल शामिल हैं, इसलिए नाम दिया गया है क्योंकि उनमें दो छिद्र-बनाने वाली सबयूनिट हैं। जैसा कि उनके नाम से पता चलता है, उनके दो छिद्र होते हैं।[22][23][24][25][26]
  • लाइट-गेटेड आयन चैनल| channelrhodopsin जैसे लाइट-गेटेड चैनल सीधे फोटॉन द्वारा खोले जाते हैं।
  • मेकेनोसेंसिटिव आयन चैनल खिंचाव, दबाव, कतरनी और विस्थापन के प्रभाव में खुलते हैं।
  • चक्रीय न्यूक्लियोटाइड-गेटेड चैनल: चैनलों के इस सुपरफ़ैमिली में दो परिवार होते हैं: चक्रीय न्यूक्लियोटाइड-गेटेड (CNG) चैनल और हाइपरपोलराइज़ेशन-सक्रिय, चक्रीय न्यूक्लियोटाइड-गेटेड (HCN) चैनल। यह समूह विकासवादी के बजाय कार्यात्मक है।
    • चक्रीय न्यूक्लियोटाइड-गेटेड चैनल: चैनलों के इस परिवार को या तो इंट्रासेल्युलर चक्रीय एडेनोसिन मोनोफॉस्फेट या चक्रीय ग्वानोसिन मोनोफॉस्फेट द्वारा सक्रियण की विशेषता है। ये चैनल मुख्य रूप से K जैसे मोनोवैलेंट केशन के लिए पारगम्य हैं+ और ना+. वे सीए के लिए भी पारगम्य हैं2+, हालांकि यह उन्हें बंद करने का काम करता है। इस परिवार के 6 सदस्य हैं, जो 2 उप-परिवारों में विभाजित हैं।
    • हाइपरपोलराइजेशन-सक्रिय चक्रीय न्यूक्लियोटाइड-गेटेड चैनल
  • तापमान-गेटेड चैनल: टीआरपी चैनल सुपरफैमिली के सदस्य, जैसे टीआरपीवी1 या टीआरपीएम8, या तो गर्म या ठंडे तापमान से खोले जाते हैं।

आयनों के प्रकार द्वारा वर्गीकरण

  • क्लोराइड चैनल: चैनलों के इस सुपरफैमिली में लगभग 13 सदस्य हैं। इनमें ClCs, CLICs, Bestrophins और CFTRs शामिल हैं। ये चैनल छोटे आयनों के लिए गैर-चयनात्मक हैं; हालाँकि क्लोराइड सबसे प्रचुर मात्रा में आयन है, और इसलिए उन्हें क्लोराइड चैनल के रूप में जाना जाता है।
  • पोटेशियम चैनल
    • वोल्टेज-गेटेड पोटेशियम चैनल जैसे, केवीएस, किर आदि।
    • कैल्शियम-सक्रिय पोटेशियम चैनल जैसे, BKCa या MaxiK, SK, आदि।
    • इनवर्ड-रेक्टिफायर पोटेशियम आयन चैनल|इनवर्ड-रेक्टिफायर पोटेशियम चैनल
    • टू पी पोटैशियम चैनल|टू-पोर-डोमेन पोटैशियम चैनल: 15 सदस्यों का यह परिवार लीक चैनल के रूप में जाना जाता है, और वे जीएचके वर्तमान समीकरण प्रदर्शित करते हैं|गोल्डमैन-हॉजकिन-काट्ज़ (ओपन) रेक्टिफायर।
  • सोडियम चैनल
  • कैल्शियम चैनल (CaVs)
  • प्रोटॉन चैनल
    • वोल्टेज-गेटेड प्रोटॉन चैनल
  • गैर-चयनात्मक धनायन चैनल: ये गैर-चयनात्मक रूप से कई प्रकार के धनायनों की अनुमति देते हैं, मुख्य रूप से ना+, के+ और सीए2+, चैनल के माध्यम से।
    • सबसे क्षणिक रिसेप्टर क्षमता

सेलुलर स्थानीयकरण द्वारा वर्गीकरण

आयन चैनलों को उनके उपकोशिकीय स्थानीयकरण के अनुसार भी वर्गीकृत किया जाता है। प्लाज्मा झिल्ली कोशिका में कुल झिल्ली का लगभग 2% हिस्सा है, जबकि इंट्रासेल्युलर ऑर्गेनेल में कोशिका की झिल्ली का 98% हिस्सा होता है। प्रमुख इंट्रासेल्युलर डिब्बे अन्तः प्रदव्ययी जलिका, गोल्गी उपकरण और माइटोकॉन्ड्रिया हैं। स्थानीयकरण के आधार पर, आयन चैनलों को इस प्रकार वर्गीकृत किया गया है:

  • प्लाज्मा झिल्ली चैनल
    • उदाहरण: वोल्टेज-गेटेड पोटेशियम चैनल (केवी), सोडियम चैनल (एनएवी), कैल्शियम चैनल (सीएवी) और क्लोराइड चैनल (सीएलसी)
  • इंट्रासेल्युलर चैनल, जिन्हें आगे अलग-अलग ऑर्गेनेल में वर्गीकृत किया गया है
    • एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम चैनल: आरवाईआर, एसईआरसीए, ओआरएआई
    • माइटोकॉन्ड्रियल चैनल: आंतरिक झिल्ली पर mPTP, KATP, BK, IK, CLIC5, Kv7.4 और बाहरी झिल्ली चैनल के रूप में VDAC और CLIC4।

अन्य वर्गीकरण

कुछ आयन चैनलों को उत्तेजनाओं के प्रति उनकी प्रतिक्रिया की अवधि के अनुसार वर्गीकृत किया गया है:

  • क्षणिक रिसेप्टर संभावित चैनल: चैनलों के इस समूह को सामान्य रूप से केवल टीआरपी चैनल के रूप में संदर्भित किया जाता है, इसका नाम ड्रोसोफिला विज़ुअल फोटोट्रांसडक्शन में उनकी भूमिका के आधार पर रखा गया है। यह परिवार, जिसमें कम से कम 28 सदस्य हैं, इसकी सक्रियता के तंत्र में विविध है। कुछ टीआरपी चैनल संवैधानिक रूप से खुले रहते हैं, जबकि अन्य वोल्टेज-गेटेड आयन चैनल, इंट्रासेल्युलर सीए द्वारा गेट किए जाते हैं।2+, पीएच, रिडॉक्स स्थिति, ऑस्मोलरिटी, और स्ट्रेच-सक्रिय आयन चैनल। ये चैनल उन आयनों के अनुसार भिन्न होते हैं जो वे पास करते हैं, कुछ सीए के लिए चयनात्मक होते हैं2+ जबकि अन्य कम चुनिंदा कटियन चैनल हैं। इस परिवार को होमोलॉजी के आधार पर 6 उप-परिवारों में विभाजित किया गया है: कैनोनिकल टीआरपी (टीआरपीसी), वैनिलॉइड रिसेप्टर्स (टीआरपीवी), मेलास्टैटिन (टीआरपीएम), पॉलीसिस्टिन (टीआरपीपी), म्यूकोलिपिन्स (टीआरपीएमएल), और एकिरिन ट्रांसमेम्ब्रेन प्रोटीन 1 (टीआरपीए (चैनल))।

विस्तृत संरचना

चैनल उस आयन के संबंध में भिन्न होते हैं जो वे पास करते हैं (उदाहरण के लिए, सोडियम आयन | ना+, पोटैशियम आयन|के+, क्लोराइड आयन|Cl−), जिस तरीके से उन्हें विनियमित किया जा सकता है, उन उपइकाइयों की संख्या जिनसे वे बने हैं और संरचना के अन्य पहलू।[28] सबसे बड़े वर्ग से संबंधित चैनल, जिसमें वोल्टेज-गेटेड चैनल शामिल हैं, जो तंत्रिका आवेग को रेखांकित करते हैं, प्रत्येक में छह ट्रांसमेम्ब्रेन हेलिक्स के साथ चार सबयूनिट्स होते हैं। सक्रियण पर, ये हेलिक्स घूमते हैं और छिद्र खोलते हैं। इन छह हेलिकॉप्टरों में से दो को एक लूप द्वारा अलग किया जाता है जो छिद्र को रेखाबद्ध करता है और इस चैनल वर्ग और कुछ अन्य में आयन चयनात्मकता और चालन का प्राथमिक निर्धारक है। आयन चयनात्मकता के लिए अस्तित्व और तंत्र पहली बार 1960 के दशक के अंत में बर्टिल हिले और क्ले आर्मस्ट्रांग द्वारा पोस्ट किया गया था।[29][30][31][32][33] पोटेशियम चैनलों के लिए आयनिक चयनात्मकता का विचार यह था कि चयनात्मकता फिल्टर (बर्टिल हिले द्वारा नामित) के प्रोटीन बैकबोन के कार्बोनिल ऑक्सीजेन पानी के अणुओं को कुशलतापूर्वक प्रतिस्थापित कर सकते हैं जो सामान्य रूप से पोटेशियम आयनों को ढाल देते हैं, लेकिन सोडियम आयन छोटे थे और पूरी तरह से नहीं हो सकते थे। इस तरह के परिरक्षण की अनुमति देने के लिए निर्जलित, और इसलिए गुजर नहीं सका। इस तंत्र की अंततः पुष्टि हुई जब आयन चैनल की पहली संरचना को स्पष्ट किया गया। एक बैक्टीरियल पोटेशियम चैनल KcsA, जिसमें केवल चयनात्मकता फ़िल्टर, P लूप और दो ट्रांसमेम्ब्रेन हेलिकॉप्टर शामिल हैं, का उपयोग मैकिनॉन लैब में पारगम्यता और आयन चैनलों की चयनात्मकता का अध्ययन करने के लिए एक मॉडल के रूप में किया गया था। KcsA की आणविक संरचना का निर्धारण रोडरिक मैकिनॉन द्वारा क्रिस्टलोग्राफी का उपयोग करके | एक्स-रे क्रिस्टलोग्राफी ने रसायन विज्ञान में 2003 के नोबेल पुरस्कार का एक हिस्सा जीता।[34] उनके छोटे आकार और एक्स-रे विश्लेषण के लिए इंटीग्रल मेम्ब्रेन प्रोटीन के क्रिस्टलीकरण की कठिनाई के कारण, यह हाल ही में हुआ है कि वैज्ञानिक सीधे जांच करने में सक्षम हुए हैं कि चैनल कैसा दिखता है। विशेष रूप से ऐसे मामलों में जहां क्रिस्टलोग्राफी को डिटर्जेंट के साथ अपने झिल्ली से चैनलों को हटाने की आवश्यकता होती है, कई शोधकर्ता उन छवियों को मानते हैं जिन्हें अस्थायी रूप से प्राप्त किया गया है। एक उदाहरण वोल्टेज-गेटेड पोटेशियम चैनल की लंबे समय से प्रतीक्षित क्रिस्टल संरचना है, जिसे मई 2003 में रिपोर्ट किया गया था।[35][36] इन संरचनाओं के बारे में एक अपरिहार्य अस्पष्टता मजबूत सबूत से संबंधित है कि चैनल संचालन के रूप में परिवर्तन करते हैं (वे खुले और बंद होते हैं, उदाहरण के लिए), जैसे कि क्रिस्टल में संरचना इन परिचालन राज्यों में से किसी एक का प्रतिनिधित्व कर सकती है। अधिकांश शोधकर्ताओं ने अब तक चैनल संचालन के बारे में निष्कर्ष निकाला है जो उन्होंने इलेक्ट्रोफिजियोलॉजी, जैव रसायन, जीन अनुक्रम तुलना और उत्परिवर्तन के माध्यम से स्थापित किया है।

चैनलों में सिंगल (CLICs) से लेकर मल्टीपल ट्रांसमेम्ब्रेन (K चैनल, P2X रिसेप्टर्स, Na चैनल) डोमेन हो सकते हैं जो प्लाज्मा झिल्ली को छिद्र बनाने के लिए फैलाते हैं। ध्यान में लीन होना चैनल की चयनात्मकता निर्धारित कर सकते हैं। गेट या तो ताकना क्षेत्र के अंदर या बाहर बनाया जा सकता है।

फार्माकोलॉजी

Main article: Channel modulator

रासायनिक पदार्थ आयन चैनलों की गतिविधि को नियंत्रित कर सकते हैं, उदाहरण के लिए उन्हें अवरुद्ध या सक्रिय करके।

आयन चैनल ब्लॉकर्स

Main article: Ion channel blocker

विभिन्न प्रकार के आयन चैनल अवरोधक (अकार्बनिक और कार्बनिक अणु) आयन चैनल गतिविधि और चालन को संशोधित कर सकते हैं। कुछ आमतौर पर इस्तेमाल किए जाने वाले अवरोधकों में शामिल हैं:

  • टेट्रोडोटॉक्सिन (टीटीएक्स), बचाव के लिए पफर फिश और कुछ प्रकार के न्यूट्स द्वारा उपयोग किया जाता है। यह सोडियम चैनलों को ब्लॉक करता है।
  • सेक्सिटॉक्सिन एक dinoflagellate द्वारा निर्मित होता है जिसे लाल ज्वार के रूप में भी जाना जाता है। यह वोल्टेज पर निर्भर सोडियम चैनलों को ब्लॉक करता है।
  • शंकु घोंघे द्वारा शिकार का शिकार करने के लिए कोनोटॉक्सिन का उपयोग किया जाता है।
  • लिडोकेन और नोवोकेन स्थानीय एनेस्थेटिक्स के एक वर्ग से संबंधित हैं जो सोडियम आयन चैनलों को ब्लॉक करते हैं।
  • डेंड्रोटॉक्सिन माम्बा सांपों द्वारा निर्मित होता है, और पोटेशियम चैनलों को अवरुद्ध करता है।
  • Iberiotoxin Hottentotta tamulus (पूर्वी भारतीय बिच्छू) द्वारा निर्मित होता है और पोटेशियम चैनलों को अवरुद्ध करता है।
  • हेटेरोपोडाटॉक्सिन हेटेरोपोडा वेनेटोरिया (ब्राउन हंट्समैन स्पाइडर या लाया) द्वारा निर्मित होता है और पोटेशियम चैनलों को अवरुद्ध करता है।

आयन चैनल एक्टिवेटर्स

Main article: Ion channel opener

विशिष्ट आयन चैनलों के उद्घाटन या सक्रियण को बढ़ावा देने के लिए कई यौगिकों को जाना जाता है। इन्हें उस चैनल द्वारा वर्गीकृत किया जाता है जिस पर वे कार्य करते हैं:

रोग

ऐसे कई विकार हैं जो आयन चैनलों के सामान्य कामकाज को बाधित करते हैं और जीव के लिए विनाशकारी परिणाम होते हैं। आयन चैनलों और उनके संशोधक के आनुवंशिक और ऑटोइम्यून विकारों को चैनलोपैथी के रूप में जाना जाता है। पूरी सूची के लिए :Category:Channelopathies देखें।

  • शेकर जीन म्यूटेशन वोल्टेज गेटेड आयन चैनलों में एक दोष का कारण बनता है, जिससे सेल के पुनरुत्पादन को धीमा कर दिया जाता है।
  • इक्वाइन हाइपरकेलेमिक आवधिक पक्षाघात के साथ-साथ मानव हाइपरकेलेमिक आवधिक पक्षाघात (HyperPP) वोल्टेज-निर्भर सोडियम चैनलों में दोष के कारण होता है।
  • पैरामायोटोनिया कोजेनिटा (पीसी) और पोटेशियम एग्रेवेटेड मायोटोनियास|पोटेशियम-एग्रेवेटेड मायोटोनियास (पीएएम)
  • ज्वर के दौरे के साथ सामान्यीकृत मिर्गी प्लस (जीईएफएस +)
  • एपिसोडिक गतिभंग (ईए), मायोकिमिया के साथ या उसके बिना गंभीर असंतोष के छिटपुट मुकाबलों की विशेषता है, और तनाव, चौंकना, या व्यायाम जैसे भारी परिश्रम से उकसाया जा सकता है।
  • पारिवारिक हेमिप्लेजिक माइग्रेन (एफएचएम)
  • स्पिनोसेरेबेलर गतिभंग टाइप 13
  • लॉन्ग क्यूटी सिंड्रोम एक वेंट्रिकल (हृदय) हार्ट अतालता सिंड्रोम है जो वर्तमान में दस अलग-अलग जीनों में से एक या अधिक में उत्परिवर्तन के कारण होता है, जिनमें से अधिकांश पोटेशियम चैनल हैं और जो सभी कार्डियक रिपोलराइजेशन को प्रभावित करते हैं।
  • ब्रुगाडा सिंड्रोम एक और वेंट्रिकुलर अतालता है जो वोल्टेज-गेटेड सोडियम चैनल जीन म्यूटेशन के कारण होता है।
  • पॉलीमिक्रोग्रिया वोल्टेज-गेटेड सोडियम चैनल और NMDA रिसेप्टर जीन म्यूटेशन के कारण होने वाला एक विकासात्मक मस्तिष्क विकृति है।[37]
  • पुटीय तंतुशोथ CFTR जीन में उत्परिवर्तन के कारण होता है, जो एक क्लोराइड चैनल है।
  • म्यूकोलिपिडोसिस टाइप IV TRPML1 चैनल के जीन एन्कोडिंग में उत्परिवर्तन के कारण होता है
  • आयन चैनलों में उत्परिवर्तन और अतिअभिव्यक्ति कैंसर कोशिकाओं में महत्वपूर्ण घटनाएँ हैं। ग्लियोब्लास्टोमा मल्टीफार्म में, gBK पोटेशियम चैनल और ClC-3 क्लोराइड चैनल का अपरेगुलेशन ग्लियोब्लास्टोमा कोशिकाओं को मस्तिष्क के भीतर माइग्रेट करने में सक्षम बनाता है, जिससे इन ट्यूमर के फैलने वाले विकास पैटर्न हो सकते हैं।[38]


इतिहास

आयन चैनलों द्वारा मध्यस्थता वाली धाराओं के मौलिक गुणों का विश्लेषण ब्रिटिश बायोफिज़िक्स एलन हॉजकिन और एंड्रयू हक्सले द्वारा फिजियोलॉजी में उनके नोबेल पुरस्कार या एक्शन पोटेंशिअल पर मेडिसिन-विजेता शोध के हिस्से के रूप में किया गया था, जो 1952 में प्रकाशित हुआ था। उन्होंने अन्य फिजियोलॉजिस्ट के काम पर बनाया था। , जैसे 1941 से वोल्टेज-गेटेड मेम्ब्रेन पोर्स में कोल और बेकर का शोध।[39][40] 1970 के दशक में बर्नार्ड काट्ज़ और रिकार्डो मिलेदी द्वारा शोर विश्लेषण का उपयोग करके आयन चैनलों के अस्तित्व की पुष्टि की गई थी।[