Ionenkanal

3D-Struktur des Nikotinischen Acetylcholinrezeptors, einem ligandengesteuerten Ionenkanal

Ionenkanäle sind Transmembranproteine mit Poren, die es Ionen ermöglichen, die Zellmembran zu durchqueren. Neben Aufnahme oder Abgabe von Ionen (z. B. bei der Exkretion oder zur Steuerung von Osmose) besteht eine wichtige Funktion der Ionenkanäle darin, ein Membranpotenzial zu generieren, das für die Signaltransduktion genutzt wird (z. B. bei der Erregungsleitung in Nerven).
Es gibt aktive und passive Ionenkanäle. Die aktiven haben aus Teilen des Proteins bestehende Tore, die geöffnet oder geschlossen werden können. Die passiven Ionenkanäle sind immer offen. Die direkteste Methode um Ionenkanäle in ihrer Wirkweise zu untersuchen bietet die Patch-Clamp-Technik.

Biophysikalische Eigenschaften

Ionenkanäle sind mehr oder weniger selektiv, d. h. sie sind nicht für alle Arten von Ionen gleichermaßen durchlässig. Manche hochspezifischen Ionenkanäle leiten fast ausschließlich Kalium-Ionen, andere sind spezifisch für Natrium-Ionen, für Calcium-Ionen oder für Chlorid-Ionen. Es gibt auch Ionenkanäle, die weniger spezifisch sind, sie leiten z. B. sowohl Kalium-Ionen als auch Natrium-Ionen und Calcium-Ionen (die sogenannten unspezifischen Kationenkanäle wie z.B. die TRP-Kanäle, engl. transient receptor potential channels).

Die Connexone der gap junctions zählen nicht zu den Ionenkanälen im engeren Sinn, obwohl sie ebenfalls für Ionen durchlässig sind.

Die meisten Ionenkanäle sind gesteuert (engl. gated), d. h. ihre Leitfähigkeit für Ionen hängt von bestimmten Signalen ab. Eine große Klasse von Ionenkanälen wird durch das Membranpotenzial gesteuert. 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. 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. Weitere Ionenkanäle können durch mechanische Reize (z. B. Druck, Vibrationen) aktiviert werden.

Siehe auch: Blutzucker-Sensorsystem, Membrantransport, Natriumkanal, Kaliumkanal, NMDA-Kanal