תעלת יונים

תעלת יונים (באנגלית: Ion channel) היא מבנה עשוי חלבונים הממוקם בקרום התא של כל התאים החיים. תעלת יונים מאפשרת ליונים לעבור בהתאם למפל האלקטרוכימי שלהם. תפקידן העיקרי הוא לשמור על פוטנציאל הממברנה, החיוני לחיוניות התא.

תפקוד

תעלות יונים מהוות מרכיב חשוב בתהליכים רבים בגוף כמו הולכה עצבית, קצב הלב, הפרשת הורמונים, תנועה של תאים, הומאוסטאזיס ועוד. ברוב המקרים תעלות משפיעות על שינוי במתח הממברנה עקב שינוי מאזן היונים משני צידיה ובכך גורמות להפעלה של תעלות או קולטנים אחרים המתווכים תהליך פיזיולוגי.

אופן הפעולה

תעלת היונים מאפשרת מעבר של יונים דרך קרום התא בפעפוע (דיפוזיה) כתוצאה מקיומו של מפל אלקטרוכימי בין שני צידי הממברנה, הקובע את כיוון תנועת היונים. קיימים סוגים רבים של תעלות יונים הנבדלות זו מזו בסוג היון אותו הן מסוגלות להעביר ובאופן שבו ניתן להפעיל את התעלה. לולא קיומן של התעלות, יונים כמעט ולא היו יכולים להיכנס לתא או לצאת ממנו בגלל הדו-שכבה הליפידית המרכיבה את קרום התא שאינה חדירה ליונים ומונעת מיונים מומסים במים לעבור דרכה.

רוב תעלות היונים מבוקרות על ידי מנגנונים שונים, על מנת למנוע דליפה לא מבוקרת של היונים. מנגנונים כאלו יכולים להיות מתח ממברנה (כמו בפוטנציאל פעולה) לחץ פיזי, טמפרטורה, חומציות, קישור חלבונים (כמו חלבוני G), קישור חומרים (כמו אצטיל כולין) ועוד.

מבנה

מרכיבי חלבוני התעלה בחלקם הידרופילים ובחלקם הידרופובים. החלקים ההידרופילים נמצאים בשני קצות התעלה והחלק ההידרופובי במרכז התעלה, כך שמרכז התעלה ממוקם בתוך התווך ההידרופובי של קרום התא, והקצוות פונים אל תוך התא ואל מחוץ לתא שם הנוזלים הידרופיליים.

סוגי תעלות יונים

קיימים סוגים שונים של תעלות יונים

תעלות יונים ממותגות מתח: תעלות תלויות מתח הן סוג של חלבונים טרנסממברנליים שיוצרים תעלות המשנות את החדירות שלהן בתגובה לשינוי במתח הממברנה. תעלות יונים תלויות מתח ממלאות תפקיד מרכזי בתפקוד הנוירונים בכך שהן מסייעות ביצירה ובהולכה של אותות חשמליים. תעלות תלויות מתח הן ייחודיות ליונים.^[1] תנועת היונים מתבצעת בהתאם למפל האלקטרוכימי, ללא צורך בהשקעת אנרגיה.
תעלות תלויות ליגנד: נקראות גם קולטנים יונוטרופיים. אלה חלבונים אינטגרליים בקרום התא שעוברים אקטיבציה עם קישור למולקולות איתות ספציפיות המכונות ליגנדים. קשירת הליגנד הספציפי אל חלבון התעלה, גורמת לפתיחת התעלה ומאפשרת מעבר של יונים דרכה. תנועת היונים מתבצעת בהתאם למפל האלקטרוכימי, ללא צורך בהשקעת אנרגיה. תעלות אלה מאפשרות העברת אותות כימיים לתאים. בנוירונים, קולטנים יונוטרופיים לנוירוטרנסמיטרים נמצאים בתא הפוסט סינפטי.^[2]
תעלות זליגה: (leakage) מכונות גם תעלות דלף. אלה תעלות פסיביות. אין צורך בגירוי לפתיחתן או סגירתן, ומכאן הכינוי "זליגה " או "דלף". לתעלות יש קצב פנימי של מעבר בין מצב פתוח חמצב סגור. תעלות אלו נמצאות בכל רחבי הנוירון ותורמות למתח הממברנה במצב מנוחה. תעלות הזליגה יחד עם משאבת נתרן-אשלגן, מסייעות לשמירה על פוטנציאל המנוחה של ממברנת הנוירון.^[3]
תעלות תלויות לחץ מכני: אלה תעלות יונים המגיבות לשינויים בכוחות מכניים על קרום התא. הן משתתפות בהתמרה של כוחות מכניים חיצוניים לאותות חשמליים ו/או כימיים בתוך התא. תעלות יכאלה ממלאות תפקיד חשוב בוויסות לחץ הדם ונפח התא, בגירוי להתפתחות שרירים ועצמות, וכן בחושים כמו שמיעה ומגע.^[1]

היבטים רפואיים

סוגים שונים של תעלות יונים מפוזרים ברחבי הגוף ומעורבים בתהליכים פיזיולוגיים מגוונים. אנטגוניסטים של תעלות יונים פועלים על ידי קשר עם תעלות היונים וחסימתה של מעבר היונים דרכן. קיימים כמה מנגנונים שבאמצעותם אנטגוניסטים אלו יכולים לעכב את תעלות היונים. חלקם נקשרים ישירות לפתח התעלה, ומונעים באופן פיזי את תנועת היונים. אחרים עשויים להיקשר לחלקים שונים בחלבון התעלה, מה שגורם לשינוי קונפורמציה שמוביל לסגירת התעלה או להפחתת חדירותה ליונים. חלק מהאנטגוניסטים מתחרים עם ליגנדים טבעיים או יונים על אתרי קישור בתעלות היונים, ובכך מפחיתים את פעילותן.^[4]

קיימים גם רעלנים רבים הפועלים על תעלות יונים כמו הטטרודוטוקסין (רעלן מדג הפוגו החוסם תעלת נתרן תלוית מתח), קפסאיצין (החומר הפעיל בפלפל חריף המפעיל תעלה רגישה לחום) ועוד.

חסמי תעלות נתרן יכולים לשמש לטיפול באפילפסיה על-ידי הפחתת תדירות פוטנציאלי הפעולה ובכך מפחיתים את תדירותה וחומרתה של ההתפרצות.

חוסמי תעלות סידן, משמשים כתרופה להפחתת לחץ הדם. על ידי עיכוב חדירת יוני סידן לתאי השריר החלק בדפנות כלי הדם, תרופות אלו גורמות להרחבת כלי דם ומפחיתות את העומס על הלב. בכך הן יעילות בניהול לחץ דם גבוה ובמניעת סיבוכים כמו שבץ והתקף לב.

בגלל מעורבותן של תעלות היונים בתהליכים רבים ומגוונים כל כך יש עניין רב במחקר הרפואי למצוא חסמים או מפעילים ספציפיים לתעלות השונות. ככל שהמחקר ממשיך, הספקטרום של יישומי חסמי תעלות היונים צפוי להתרחב, ומביא תקווה חדשה לחולים עם מצבים רפואיים מאתגרים.^[4]

ראו גם

קישורים חיצוניים

מדיה וקבצים בנושא תעלת יונים בוויקישיתוף

הסבר על תעלות יונים (באנגלית)
תעלת יונים, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית)
תעלות יונים, דף שער בספרייה הלאומית

הערות שוליים

^ ¹ ² Ratan-NM, M. Pharm, Types of Ion Channels in the Body, News-Medical, ‏2018-10-25
^ Ligand-gated ion channels, Kenhub
^ Non-gated Ion Channels, JoVE
^ ¹ ² What are Ion channels antagonists and how do they work?, synapse.patsnap.com (באנגלית)

ערך זה הוא קצרמר בנושא פיזיולוגיה. אתם מוזמנים לתרום לוויקיפדיה ולהרחיב אותו.

[ref1-1] ¹ ² Ratan-NM, M. Pharm, Types of Ion Channels in the Body, News-Medical, ‏2018-10-25

[2] Ligand-gated ion channels, Kenhub

[3] Non-gated Ion Channels, JoVE

[:0-4] ¹ ² What are Ion channels antagonists and how do they work?, synapse.patsnap.com (באנגלית)

[1]

[2]

[3]

[4]