natrium -, kalium-en calciumkanalen

zenuwimpulsen bestaan uit een golf van voorbijgaande membraan depolarisatie/herpolarisatie die de zenuwcel doorkruist en wordt aangeduid als een actiepotentiaal. Zoals we zagen in hoofdstuk 9, natrium – en kaliumkanalen en pompen, toonden Alan Hodgkin en Andrew Huxley in 1952 aan dat een micro-elektrode geïmplanteerd in het reuzenaxon (het lange proces dat uitgaat van het lichaam van een zenuwcel) van de inktvis,3 zo ‘ n actiepotentiaal kan registreren (Hodgkin en Huxley, 1952, Fig. 9.1). Bij de excitatie drempel, na + kanalen beginnen te openen, gevolgd door de daaropvolgende opening van K + kanalen. Als Na + – ionen binnenkomen, verlaten K+ – ionen de cel. Het resultaat is dat in de eerste ~ 0.5 ms, het membraanpotentieel van het rustpotentieel van rond -60 MV aan ongeveer +30 mV toeneemt. De kanalen Na+ worden nu vuurvast, en niet meer na+ gaat de cel in, terwijl K+ de cel blijft verlaten, veroorzakend een snelle repolarisatie, die het membraanpotentieel toestaat om het rustpotentieel (hyperpolarisatie) te overschrijden alvorens aan zijn aanvankelijke waarde te herstellen. De voltage-gated na + en K + ionenkanalen over de axonale membranen creëren de actiepotentialen (hoofdzakelijk elektrochemische gradiënten) die informatieoverdracht toestaan en ook cellulaire functie regelen.

Zoogdierneuronen drukken een groot repertoire van spanningsafhankelijke ionenkanalen (VDIC ‘ s) uit, die een rijkdom aan vuurgedrag vertonen over een breed scala aan stimuli en vuurfrequenties, waardoor de intrinsieke elektrische eigenschappen en de snelle verwerking en overdracht van synaptische signalen in zoogdierneuronen worden gewaarborgd. De meeste VDICs zijn selectief Voor Na+, K+ en Ca2 + – ionen, en zij worden gevestigd op specifieke plaatsen in neuronaal cellichaam, dendrieten en axonen. De selectieve plaatsing van specifieke VDIC types Bij nauwkeurige plaatsen in zoogdierneuronen, en hun dynamische regelgeving door lokale signalerende wegen, staat voor de ingewikkeldheid van neuronale functie toe die hersenenfunctie ten grondslag ligt.

Kaliumvdics (KV-kanalen) van zoogdieren bestaan uit tetramere samenstellingen van zes transmembrane α-subeenheden, elk geassocieerd met een auxiliary β-subeenheden. Het menselijk genoom bevat in totaal 40 genen die coderen voor kalium KV kanaal α-subeenheden. Sommige van deze genen genereren berichten die onderworpen zijn aan alternatieve splicing. In zoogdierhersenen is de expressie van veel van deze KV kanaal α-subeenheden beperkt tot neuronen, hoewel gliacellen een subset van het neuronale repertoire kunnen uitdrukken. KV kanalen hebben een van de meest uiteenlopende patronen van subcellulaire segregatie. Kv1-kanalen worden voornamelijk gelokaliseerd in axonen. Kv1-kanalen worden voornamelijk aangetroffen op axonen en zenuwuiteinden, KV2-kanalen op de cellichamen en dendrieten, kv3-kanalen in dendritische of axonale domeinen, afhankelijk van de subeenheid en het celtype en Kv4-kanalen zijn geconcentreerd in dendritische membranen van het cellichaam.

zoals we zagen in hoofdstuk 9, natrium – en kaliumkanalen en pompen, bestaan natriumkanalen (Nav-kanalen) uit een porievormende α-subeenheid, die voldoende is voor functionele expressie, geassocieerd met hulp-β-subeenheden die zowel de kinetiek als de spanningsafhankelijkheid van de kanaalpoort van het kanaal wijzigen. Er zijn negen zoogdieren Nav channel isovormen bekend, waarvan Nav1. 1 en Nav1.3 voornamelijk gelokaliseerd zijn in neuronale cellichamen en proximale dendrieten, waar ze de neuronale exciteerbaarheid controleren en de drempel bepalen voor actiepotentiaal initiatie en voortplanting naar de dendritische en axonale compartimenten. Nav1. 2 wordt voornamelijk uitgedrukt in niet-gemyelineerde axonen, waar het actiepotentialen uitvoert. Nav1. 6 wordt prominent gevonden bij knooppunten van Ranvier, waar het actiepotentialen propageert, en bij axon initiële segmenten, waar actiepotentialen initiëren. Modulatie van Nav1 stromen is ongetwijfeld belangrijk in vivo, en mutaties die subtiel veranderen Nav1 kanaal functie kan leiden tot menselijke ziekten van hyperexcitatie zoals epilepsie.

calciumkanalen (Cav-kanalen) mediëren de instroom van calcium in neuronale cellen als reactie op membraandepolarisatie, waardoor een breed scala aan intracellulaire processen wordt gemedigeerd, zoals activering van calciumafhankelijke enzymen, gentranscriptie en neurotransmitter exocytose/secretie. Hun activiteit is een essentieel vereiste voor de koppeling van elektrische signalen in het neuronale plasmamembraan aan fysiologische gebeurtenissen binnen de cellen. Biochemische karakterisering van de Native brain Cav kanalen toonde aan dat er, naast de grote hoofdsubeenheid α1, ook tal van ondersteunende subeenheden zijn. De α1-subeenheid is de grootste en belangrijkste subeenheid, die de iongeleidingsporie, de membraanspanningsensor en de gating-apparatuur bevat. In het zenuwstelsel van zoogdieren zijn een aantal verschillende α1-subeenheden geïdentificeerd en gekarakteriseerd, elk met specifieke fysiologische functies en elektrofysiologische en farmacologische eigenschappen.