Ionenkanal

Ionenkanäle können anhand ihrer ausgeprägten oder auch fehlenden Selektivität für bestimmte Ionen beschrieben werden. Je höher die Selektivität für eine Ionensorte, umso geringer ist die Leitfähigkeit der geöffneten Pore für andere Ionen. Man kennt hochspezifische Kanäle für

• Kationen (positiv geladen) wie:
  • Kalium
  • Natrium
  • Calcium
• Anionen (negativ geladen) wie:
  • Chlorid
  • Nitrat
  • Malat^[1]

Ionenkanäle werden oft nach ihrer Selektivität benannt: Kalium-, Natrium-, Calcium- oder Chlorid-Kanal.

Daneben gibt es die sogenannten unspezifischen Kationenkanäle wie die TRP-Kanäle, engl. transient receptor potential channels, die eine ähnliche Leitfähigkeit für Kalium-, Natrium- und Calciumionen aufweisen.

Es existiert eine Reihe von Ionenkanälen für Protonen wie Thermogenin oder spannungsgesteuerte Protonenkanäle. Protonen werden aber auch aktiv, unter ATP-Verbrauch, von Protonenpumpen transportiert; letztere gehören nicht zu den Ionenkanälen. Ebenfalls nicht zu den Ionenkanälen im engeren Sinne werden die Connexone der gap junctions gezählt, die Moleküle bis ca. 1 kDa passieren lassen können.

Die Leitfähigkeit der meisten Ionenkanäle wird vom vorhandenen Milieu oder gerichteten Signalen drastisch beeinflusst, man bezeichnet solche Kanäle als gesteuert (engl. gated).

Eine große Klasse von Ionenkanälen wird durch das Membranpotential gesteuert (spannungsabhängige Ionenkanäle). So sind z. B. typische spannungsaktivierte Natrium-Kanäle während des Ruhemembranpotenzials nicht leitfähig, sondern nur dann, wenn sie durch eine Depolarisation aktiviert werden.

Eine andere große Klasse von Ionenkanälen wird durch Liganden aktiviert, also durch Moleküle, die als Botenstoffe fungieren (liganden-gesteuerte Ionenkanäle). So wird z. B. der Acetylcholin-Rezeptor, der eine Rolle bei der Signaltransduktion vom Nerv auf den Muskel spielt, bei Anwesenheit des Neurotransmitters Acetylcholin leitfähig.

• mechanosensitive Ionenkanäle können durch mechanische Reize (z. B. Druck, Vibrationen) aktiviert werden.
• lichtgesteuerte Ionenkanäle (light gated channels), z. B. die Channelrhodopsine, werden durch Licht spezifischer Wellenlänge aktiviert
• temperaturgesteuerte Ionenkanäle werden ab spezifischen Temperaturen aktiviert

Ionenkanäle haben im geöffneten Zustand die größte Durchlassrate von allen Transportproteinen, sie wird meist mit 10⁶ bis 10⁸ Ionen pro Sekunde angegeben. Damit bilden sie die schnellsten Membrantransportmittel, verglichen mit kotransportierenden Proteinen (Symporter und Antiporter) (10² bis 10⁴ Moleküle pro Sekunde) oder ATP-getriebenen Pumpen (10⁰ bis 10² Ionen pro Sekunde).^[2]

Roderick MacKinnon, der 2003 zusammen mit Peter Agre den Nobelpreis für Chemie für seine Strukturaufklärung von Ionenkanälen erhielt, beauftragte den deutsch-amerikanischen Künstler Julian Voss-Andreae, eine Plastik auf Basis seiner experimentellen Daten zu erschaffen.^[3]

• Membrantransport
• Natriumkanal, Kaliumkanal, Calciumkanal, Chloridkanal, HERG-Kanal
• nikotinische Acetylcholinrezeptor, ionotrope Glutamatrezeptor, ionotrope GABA-Rezeptor
• Blutzucker-Sensorsystem

• Ulrich Koert: Synthetische Ionenkanäle. In: Chemie in unserer Zeit. 31, 1997, S. 20–26, doi:10.1002/ciuz.19970310105.

• Ion Channel, Patch Clamp and Electrophysiology Portal
• Proteopedia: Ion channels

1. ↑ Lehrbuch der Botanik für Hochschulen; begr. von E. Strasburger. 35. Aufl. Spektrum, Akad. Verl., 2002.
2. ↑ Nicht-Aktiver Transport@1@2Vorlage:Toter Link/www.meduniwien.ac.at (Seite dauerhaft nicht mehr abrufbar, festgestellt im April 2018. Suche in Webarchiven), Skript Medizinische Physiologie der Universität Wien, 2003 (PDF, 445kb).
3. ↑ Philip Ball: Column: The crucible: Art inspired by science should be more than just a pretty picture. In: Chemistry World. 26. Februar 2008, abgerufen am 7. Januar 2024 (englisch).