आयन चैनल
आयन चैनल छिद्रपूर्ण बनाने वाली झिल्ली प्रोटीन होते हैं जो आयनों को चैनल छिद्र से निकलने की अनुमति देते हैं। उनके कार्यों में आराम करने वाली झिल्ली क्षमता स्थापित करना सम्मिलित है,[1] गेटिंग (इलेक्ट्रोफिजियोलॉजी) द्वारा कोशिका झिल्ली में आयन 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 है। आयन चैनल सभी कोशिकाओं की झिल्लियों में उपस्थित 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 विधि का उपयोग करते हुए आयन चैनलों के अध्ययन में अधिकांशतः जीव पदाथ-विद्य, इलेक्ट्रोफिजियोलॉजी और फार्माकोलॉजी सम्मिलित होती है। अणुओं के रूप में उनके वर्गीकरण को चैनलओमिक्स कहा जाता है।
मूलभूत सुविधाएँ
आयन चैनलों की दो विशिष्ट विशेषताएं हैं जो उन्हें अन्य प्रकार के आयन परिवाहक प्रोटीन से अलग करती हैं:[4] या चैनल के माध्यम से आयन परिवहन की दर बहुत अधिक है (अधिकांशतः 106 आयन प्रति सेकंड या अधिक)।
- आयन चैनलों के माध्यम से अपने विद्युत रासायनिक प्रवणता से गुजरते हैं, जो आयन एकाग्रता और झिल्ली क्षमता का एक कार्य है, अवरोही, उपापचयी ऊर्जा (जैसे एटीपी, सह-परिवहन तंत्र, या सक्रिय परिवहन तंत्र) के इनपुट (या सहायता) के बिना करता है।
आयन चैनल सभी उत्तेजनीय कोशिकाओं की कोशिका झिल्ली के अंदर स्थित होते हैं,[3]और कई अंतःकोशिकीय अंग। उन्हें अधिकांशतः संकीर्ण, पानी से भरे सुरंगों के रूप में वर्णित किया जाता है जो केवल एक निश्चित आकार के आयनों और / या आवेश को निकलने की अनुमति देते हैं। इस विशेषता को चयनात्मक पारगम्यता कहा जाता है। पुरातनपंथी चैनल छिद्र 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। चूंकि , कुछ चैनल एक से अधिक प्रकार के आयन के पारित होने के लिए पारगम्य हो सकते हैं, सामान्यतः एक सामान्य चार्ज साझा करते हैं: सकारात्मक (धनायन) या नकारात्मक (आयन)। आयन अधिकांशतः 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 उत्तर में खोला या बंद किया जा सकता है।
आयन चैनल अभिन्न झिल्ली प्रोटीन होते हैं, जो सामान्यतः कई अलग-अलग प्रोटीनों की फिटिंग के रूप में बनते हैं। ऐसी बहु-प्रोटीन उपइकाई फिटिंग में सामान्यतः 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 सम्मिलित होती है।[6][7] अधिकांश वोल्टेज-गेटेड आयन चैनलों के लिए, ताकना बनाने वाली उपइकाई (ओं) को α उपइकाई कहा जाता है, जबकि सहायक उपइकाई को β, γ, और इसी तरह दर्शाया जाता है।
जैविक भूमिका
क्योंकि चैनल तंत्रिका आवेग को रेखांकित करते हैं और क्योंकि प्रेषक-सक्रिय चैनल अन्तर्ग्रथन के माध्यम से चालन में मध्यस्थता करते हैं, चैनल विशेष रूप से तंत्रिका तंत्र के प्रमुख घटक हैं। दरअसल, या आयन चैनल अवरोधक 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 गतिज। इसके अतिरिक्त , आयन चैनल विभिन्न प्रकार की जैविक प्रक्रियाओं में प्रमुख घटक हैं जिनमें कोशिकाओं में तेजी से परिवर्तन सम्मिलित हैं, जैसे कि हृदय की मांसपेशी, कंकाल की मांसपेशी और चिकनी मांसपेशियों की मांसपेशियों में संकुचन, पोषक तत्वों और आयनों के उपकला परिवहन, टी-कोशिका सक्रियण और अग्न्याशय बीटा-कोशिका इंसुलिन मुक्त करना है। 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 निकलने 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 उपइकाई वाले चैनल एक विशिष्ट प्रकार के करंट को जन्म देते हैं।[12] एक या अधिक प्रकार के चैनल उपइकाई 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
झिल्ली क्षमता के उत्तर 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 अधिक हद तक जिम्मेदार है। ताकना बनाने वाली α उपइकाई बहुत बड़ी (4,000 एमिनो अम्ल तक) होती हैं और इसमें कुल 24 पारझिल्ली भाग के लिए छह पारझिल्ली भाग (S1-S6) सम्मिलित होते हैं, जिनमें चार समरूप दोहराए डोमेन (I-IV) होते हैं। इस परिवार के सदस्य सहायक β उपइकाई के साथ भी जुड़ते हैं, प्रत्येक झिल्ली को एक बार फैलाते हैं। दोनों α और β उपइकाई बड़े मापदंड पर ग्लाइकोसिलेशन हैं।
- वोल्टेज-गेटेड कैल्शियम चैनल: इस परिवार में 10 सदस्य हैं, चूंकि इन्हें α2 के साथ मिलकर जाना जाता है δ, β, और γ उपइकाइयां है। ये चैनल मांसपेशी उत्तेजना को संकुचन के साथ-साथ प्रेषक मुक्त करने 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 सामान्यतः 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 (KV): 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 उपइकाई में छह पारझिल्ली भाग 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 ग्राही संभावित चैनल: चैनलों के इस समूह को सामान्य रूप से केवल टीआरपी चैनल के रूप में संदर्भित किया जाता है, इसका नाम ड्रोसोफिला फोटोपारगमन 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 होती है। कुछ टीआरपी चैनल संवैधानिक रूप से खुले प्रतीत होते हैं, जबकि अन्य वोल्टेज-गेटेड आयन चैनल, जीव विज्ञान में अन्त:कोशिक कैल्शियम द्वारा गेट किए जाते हैं। Ca2+, पीएच, रिडॉक्स स्थिति, ऑस्मोलरिटी, और स्ट्रेच-सक्रिय आयन चैनल है। ये चैनल उन आयनों के अनुसार भिन्न होते हैं जो वे पास करते हैं, कुछ Ca2+ के लिए चयनात्मक होते हैं जबकि अन्य कम चयनात्मक होते हैं, कटियन चैनल के रूप में कार्य करते हैं। इस परिवार को समरूपता के आधार पर 6 उप-परिवारों में विभाजित किया गया है: मौलिक (टीआरपीसी), वैनिलॉइड ग्राही (टीआरपीवी), मेलास्टैटिन (टीआरपीएम), पॉलीसिस्टिन (टीआरपीपी), म्यूकोलिपिन्स (टीआरपीएमएल), और एकिरिन पारझिल्ली प्रोटीन 1 (टीआरपीए(चैनल))।
- हाइपरपोलराइजेशन-सक्रिय चक्रीय न्यूक्लियोटाइड-गेटेड चैनल: इन चैनलों का उद्घाटन अन्य चक्रीय न्यूक्लियोटाइड-गेटेड चैनलों के लिए आवश्यक विध्रुवण के अतिरिक्त 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 उद्धरण K+ और Na+ के लिए पारगम्य होते हैं इस परिवार के 4 सदस्य हैं, जिनमें से सभी छह-पारझिल्ली α उपइकाई के टेट्रामर्स बनाते हैं। चूंकि ये चैनल हाइपरपोलराइजिंग स्थितियों के अनुसार खुलते हैं, वे हृदय में हृदय गतिनिर्धारक चैनल के रूप में कार्य करते हैं, विशेष रूप से एसए नोड में होते है।
- वोल्टेज-गेटेड प्रोटॉन चैनल: वोल्टेज-गेटेड प्रोटॉन चैनल विध्रुवण के साथ खुलते हैं, किन्तु दृढ़ता से पीएच-संवेदनशील विधि से होता है। 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 समय 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 प्रारंभिक कर देता है जो बैक्टीरिया को मारने में सहायता 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 (न्यूरोप्रेषक)
आयनोट्रोपिक ग्राही (जैव रसायन) के रूप में भी जाना जाता है, चैनलों का यह समूह ग्राही प्रोटीन के बाह्य डोमेन के लिए बाध्यकारी विशिष्ट लिगैंड अणुओं के उत्तर 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 ग्राही सम्मिलित हैं निकोटिनिक एसिटाइलकोलाइन ग्राही , ग्लूटामेट ग्राही | आयनोट्रोपिक ग्लूटामेट-गेटेड ग्राही , अम्ल सेंसिंग आयन चैनल (अम्ल -सेंसिंग आयन चैनल),[13] P2X ग्राही | ATP-गेटेड P2X ग्राही , और आयनों-पारगम्य γ-अमीनोब्यूट्रिक अम्ल -गेटेड GABA ग्राही | GABAA ग्राही ।
दूसरे संदेशवाहकों द्वारा सक्रिय किए गए आयन चैनलों को भी इस समूह में वर्गीकृत किया जा सकता है, चूंकि लिगैंड (जैव रसायन) और दूसरे संदेशवाहक अन्यथा एक दूसरे से अलग होते हैं।
लिपिड-गेटेड
चैनलों का यह समूह विशिष्ट लिपिड अणुओं की प्रतिक्रिया में खुलता है जो चैनल के पारझिल्ली डोमेन से जुड़ते हैं, सामान्यतः प्लाज्मा झिल्ली के आंतरिक पत्रक के पास।[14] फॉस्फेटिडिलिनोसिटोल 4,5-बिस्फोस्फेट (फॉस्फेटिडिलिनोसिटोल 4,5-बिस्फोस्फेट|पीआईपी2) और फॉस्फेटिडिक अम्ल (फॉस्फेटिडिक अम्ल ) 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 टीआरई के-1 और टीआरएएके सम्मिलित हैं। केसीएनक्यू चैनल पीआईपी2 द्वारा गेटेड हैं .[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 कोशिका झिल्ली के अंदर से दूसरे संदेशवाहकों द्वारा सक्रियण और निष्क्रियता भी सम्मिलित है - कोशिका के बाहर से नहीं, जैसा कि लिगैंड्स के स्थितियों में होता है।
- कुछ पोटेशियम चैनल:
- आवक-शुद्ध करनेवाला पोटेशियम आयन चैनल होते है| ये चैनल पोटेशियम आयनों को आंतरिक रूप से सुधारात्मक विधि से कोशिका में प्रवाहित करने की अनुमति देते हैं: पोटेशियम कोशिका 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 अन्त:कोशिक एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट, पीआईपी2 से प्रभावित होते हैं , और जी प्रोटीन βγ सबयूनिट्स। वे महत्वपूर्ण शारीरिक प्रक्रियाओं में सम्मिलित हैं जैसे हृदय में गति बनानेवाला गतिविधि, इंसुलिन मुक्त करता, और ग्लिया में पोटेशियम तेज होना है। उनमें KV और KCa चैनलों के कोर पोर-फॉर्मिंग भाग के अनुरूप केवल दो पारझिल्ली भाग होते हैं। उनकी α उपइकाई टेट्रामर्स बनाती हैं।
- कैल्शियम-सक्रिय पोटेशियम चैनल: चैनलों का यह परिवार अन्त:कोशिक Ca2+ द्वारा सक्रिय होता है 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। 'दो -छिद्र-डोमेन पोटेशियम चैनल' के अपने सामान्य नाम के विपरीत, इन चैनलों में केवल एक छिद्र है, किन्तु प्रति उपइकाई में दो छिद्र डोमेन हैं।[20][21]
- दो-छिद्र चैनलों में लिगैंड-गेटेड और वोल्टेज-गेटेड कटियन चैनल सम्मिलित हैं, इसलिए नाम दिया गया है क्योंकि उनमें दो छिद्र-बनाने वाली उपइकाई हैं। जैसा कि उनके नाम से पता चलता है, उनके दो छिद्र होते हैं।[22][23][24][25][26]
- लाइट-गेटेड आयन चैनल चैनलर्होडोप्सिं 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 सुपरपरिवार में दो परिवार होते हैं: चक्रीय न्यूक्लियोटाइड-गेटेड (सीएनजी) चैनल और हाइपरपोलराइज़ेशन-सक्रिय, चक्रीय न्यूक्लियोटाइड-गेटेड (एचसीएन) चैनल है। यह समूह विकासवादी के अतिरिक्त कार्यात्मक है।
- चक्रीय न्यूक्लियोटाइड-गेटेड चैनल: चैनलों के इस परिवार को या तो अन्त:कोशिक चक्रीय एडेनोसिन मोनोफॉस्फेट या चक्रीय ग्वानोसिन मोनोफॉस्फेट द्वारा सक्रियण की विशेषता है। ये चैनल मुख्य रूप से K+ और Na+ जैसे मोनोवैलेंट केशन के लिए पारगम्य हैं| वे Ca2+के लिए भी पारगम्य हैं, चूंकि 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 है|
- तापमान-गेटेड चैनल: टीआरपी चैनल सुपरपरिवार 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 सुपरपरिवार में लगभग 13 सदस्य हैं। इनमें ClCs, CLICs, बेस्ट्रोफिन्स और CFTRs सम्मिलित हैं। ये चैनल छोटे आयनों के लिए गैर-चयनात्मक हैं; चूंकि 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, Kvs, Kirs आदि।
- कैल्शियम-सक्रिय पोटेशियम चैनल जैसे, BKCa या MaxiK, SK, आदि।
- इनवर्ड-रेक्टिफायर पोटेशियम आयन चैनल |
- दो छिद्र पोटैशियम चैनल: 15 सदस्यों का यह परिवार लीक चैनल के रूप में जाना जाता है, और वे गोल्डमैन-हॉजकिन-काट्ज़ (ओपन) सुधार प्रदर्शित करते हैं।
- सोडियम चैनल
- वोल्टेज-गेटेड सोडियम चैनल (NaVs)
- उपकला सोडियम चैनल (ENaCs)[27]
- 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 Na+, K+ और Ca2+, चैनल के माध्यम से होते है।
- अधिकांश क्षणिक ग्राही संभावित चैनल
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 अन्त:कोशिक अंगो में कोशिका की झिल्ली का 98% हिस्सा होता है। प्रमुख अन्त:कोशिक डिब्बे अन्तः प्रदव्ययी जलिका, गोल्गी उपकरण और माइटोकॉन्ड्रिया होते 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)
- अन्त:कोशिक चैनल, जिन्हें आगे अलग-अलग अंगो में वर्गीकृत किया गया है
- एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम चैनल: आरवाईआर, एसईआरसीए, ओआरएआई
- माइटोकॉन्ड्रियल चैनल: आंतरिक झिल्ली पर एमपीटीपी, केएटीपी, बीके, आईके , सीएलआईसी5, केवी7.4और बाहरी झिल्ली चैनल के रूप में वीडीएसीऔर सीएलआईसी4।
अन्य वर्गीकरण
कुछ आयन चैनलों को उत्तेजनाओं के प्रति उनकी प्रतिक्रिया की अवधि के अनुसार वर्गीकृत किया गया है:
- क्षणिक ग्राही 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, अन्त:कोशिक Ca2+ द्वारा गेट किए जाते हैं।, पीएच, रिडॉक्स स्थिति, ऑस्मोलरिटी, और स्ट्रेच-सक्रिय आयन चैनल है। ये चैनल उन आयनों के अनुसार भिन्न होते हैं जो वे पास करते हैं, कुछ Ca2+ के लिए चयनात्मक होते हैं के आधार पर 6 उप-परिवारों में विभाजित किया गया है: कैनोनिकल टीआरपी (टीआरपीसी), वैनिलॉइड ग्राही (टीआरपीवी), मेलास्टैटिन (टीआरपीएम), पॉलीसिस्टिन (टीआरपीपी), म्यूकोलिपिन्स (टीआरपीएमएल), और एकिरिन पारझिल्ली प्रोटीन 1 (टीआरपीए (चैनल))।
विस्तृत संरचना
चैनल उस आयन के संबंध में भिन्न होते हैं जो वे पास करते हैं (उदाहरण के लिए, Na+, K+, Cl−),स विधि 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 सम्मिलित हैं, जो तंत्रिका आवेग को रेखांकित करते हैं, प्रत्येक में छह पारझिल्ली हेलिक्स के साथ चार उपइकाई 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 ऑक्सीजन पानी के अणुओं को कुशलतापूर्वक प्रतिस्थापित कर सकते हैं जो सामान्य रूप से पोटेशियम आयनों को ढाल देते हैं, किन्तु 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 पारझिल्ली हेलिकॉप्टर सम्मिलित हैं, का उपयोग मैकिनॉन प्रयोगशाला 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 था| [34]
उनके छोटे आकार और एक्स-रे विश्लेषण के लिए अभिन्न झिल्ली 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 स्थितियोंं 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 सूची किया गया था।[35][36] इन संरचनाओं के बारे में एक अपरिहार्य अस्पष्टता शक्तिशाली प्रमाण 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 पारझिल्ली (K चैनल, P2X ग्राही , 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।
औषध विज्ञान
रासायनिक पदार्थ आयन चैनलों की गतिविधि को नियंत्रित कर सकते हैं, उदाहरण के लिए उन्हें अवरुद्ध या सक्रिय करके।
आयन चैनल अवरोधक
विभिन्न प्रकार के आयन चैनल अवरोधक (अकार्बनिक और कार्बनिक अणु) आयन चैनल गतिविधि और चालन को संशोधित कर सकते हैं।
कुछ सामान्यतः उपयोग किए जाने वाले अवरोधकों में सम्मिलित हैं:
- टेट्रोडोटॉक्सिन (टीटीएक्स), बचाव के लिए पफर मछली और कुछ प्रकार के न्यूट्स द्वारा उपयोग किया जाता है। यह सोडियम चैनलों को अवरोध करता है।
- सेक्सिटॉक्सिन एक डायनोफ्लैगेलेट द्वारा निर्मित होता है जिसे लाल ज्वार के रूप में भी जाना जाता है। यह वोल्टेज पर निर्भर सोडियम चैनलों को अवरोध करता है।
- शंकु घोंघे द्वारा शिकार का शिकार करने के लिए कोनोटॉक्सिन का उपयोग किया जाता है।
- लिडोकेन और नोवोकेन स्थानीय के एक वर्ग से संबंधित हैं जो सोडियम आयन चैनलों को अवरोध करते हैं।
- डेंड्रोटॉक्सिन माम्बा सांपों द्वारा निर्मित होता है, और पोटेशियम चैनलों को अवरुद्ध करता है।
- इबेरियोटॉक्सिन हॉटेंटोट्टा टैमुलस (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 कार्यकर्ता
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:
- बे K8644 जैसे कैल्शियम चैनल ओपनर्स
- क्लोराइड चैनल ओपनर्स, जैसे फेनेंथ्रोलाइन
- पोटेशियम चैनल ओपनर्स, जैसे मिनोक्सिडिल
- सोडियम चैनल ओपनर्स, जैसे डीडीटी
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 स्व-प्रतिरक्षित विकारों को चैनलोपैथी के रूप में जाना जाता है। पूरी सूची के लिए : श्रेणी: चैनलोपैथी देखें।
- शेकर जीन म्यूटेशन वोल्टेज गेटेड आयन चैनलों में एक दोष का कारण बनता है, जिससे कोशिका के पुनरुत्पादन को धीमा कर दिया जाता है।
- इक्वाइन हाइपरकेलेमिक आवधिक पक्षाघात के साथ-साथ मानव हाइपरकेलेमिक आवधिक पक्षाघात (हाइपरपीपी) वोल्टेज-निर्भर सोडियम चैनलों में दोष के कारण होता है।
- पैरामायोटोनिया कोजेनिटा (पीसी) और 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 प्रकार 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 एनएमडीए ग्राही जीन म्यूटेशन के कारण होने वाला एक विकासात्मक मस्तिष्क विकृति है।[37]
- पुटीय तंतुशोथ सीएफटीआर जीन में उत्परिवर्तन के कारण होता है, जो एक क्लोराइड चैनल है।
- म्यूकोलिपिडोसिस टाइप IV टीआरपीएमएल1 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, जी बीके पोटेशियम चैनल और सीएलसी-3 क्लोराइड चैनल का अपरेगुलेशन ग्लियोब्लास्टोमा कोशिकाओं को मस्तिष्क के अंदर माइग्रेट करने में सक्षम बनाता है, जिससे इन ट्यूमर के फैलने वाले विकास स्वरूप हो सकते हैं।[38]
इतिहास
आयन चैनलों द्वारा मध्यस्थता वाली धाराओं के मौलिक गुणों का विश्लेषण 1952 में प्रकाशित, एक्शन पोटेंशिअल पर उनके नोबेल पुरस्कार विजेता शोध के हिस्से के रूप में ब्रिटिश बायोफिजिसिस्ट एलन हॉजकिन और एंड्रयू हक्सले द्वारा किया गया था। उन्होंने कोल जैसे अन्य शरीर विज्ञानियों के काम पर निर्माण किया था ।, जैसे 1941 से वोल्टेज-गेटेड झिल्ली छिद्रों में कोल और बेकर का शोध थे।[39][40] 1970 के दशक में बर्नार्ड काट्ज़ और रिकार्डो मिलेदी द्वारा ध्वनि विश्लेषण का उपयोग करके आयन चैनलों के अस्तित्व की पुष्टि की गई थी। . इसके बाद इसे पैच क्लैंप के रूप में जाना जाने वाला एक इलेक्ट्रोफिजियोलॉजी के साथ और अधिक सीधे दिखाया गया था, जिसके कारण विधि के आविष्कारक इरविन नेहर और बर्ट सक्मान को नोबेल पुरस्कार मिला था। सैकड़ों नहीं तो हजारों शोधकर्ता इस बात की अधिक विस्तृत समझ का पीछा करना जारी रखते हैं कि ये प्रोटीन कैसे काम करते हैं। हाल के वर्षों में इलेक्ट्रोफिजियोलॉजी या प्लानर पैच क्लैंप के विकास ने आयन चैनल स्क्रीनिंग में थ्रूपुट को महत्वपूर्ण रूप से बढ़ाने में सहायता की थी।
2003 के लिए रसायन विज्ञान में नोबेल पुरस्कार रोडरिक मैकिनॉन को एक्स-रे क्रिस्टलोग्राफी संरचना अध्ययन सहित आयन चैनल संरचना और कार्य के भौतिक-रासायनिक गुणों पर उनके अध्ययन के लिए दिया गया था|
संस्कृति
रोडरिक मैककिन्नन ने KcsA पोटेशियम चैनल पर आधारित एक 5-फुट (1.5 मीटर) लंबी मूर्तिकला का जन्म दिया था ।[41] कलाकृति में एक तार वस्तु होता है जो चैनल के आंतरिक भाग का प्रतिनिधित्व करता है जिसमें उड़ा ग्लास वस्तु होता है जो चैनल संरचना की मुख्य गुहा का प्रतिनिधित्व करता है।