Ionenkanal

Ionenkanäle sind Proteine, die als Poren in der Zellmembran dienen und den Durchtritt von Ionen wie Natrium (Na+), Kalium (K+), Kalzium (Ca2+) oder Chlorid (Cl-) ermöglichen. Sie tragen wesentlich zur Erregbarkeit von Nervenzellen, Muskelzellen und vielen anderen Geweben bei, indem sie schnelle Änderungen des Membranpotentials zulassen. Ionenkanäle öffnen sich und schließen sich als Reaktion auf Reize, die Gates genannt werden, z. B. Spannungsänderungen, Ligandenbindung, mechanischen Reiz oder Temperatur.

Struktur und Typen: Viele Ionenkanäle bestehen aus mehreren Untereinheiten, die einen Transmembran-Durchlass bilden. Sie besitzen einen Selektivitätsfilter, der bestimmt, welche Ionen durchgelassen werden. Gate-Mechanismen umfassen spannungsgesteuerte Kanäle (Voltage-gated; Nav, Kv, Cav), ligandenaktivierte Kanäle (z. B. nikotinischer Acetylcholinrezeptor, GABA_A, NMDA) und mechanosensitive Kanäle (z. B. Piezo, MscL). Strukturell zeigen viele Kanäle eine Tetramer-Architektur oder eine pseudotetramere Bauweise; andere Familien weisen unterschiedliche Untereinheitenkonfigurationen auf.

Funktion und Bedeutung: Ionenkanäle ermöglichen schnelle elektrische Signale und tragen zur Reizweiterleitung, synaptischen Übertragung, Muskelkontraktion und Sekretion bei. Beispiele sind voltage-gated Natriumkanäle (Nav) für Aktionspotentiale, voltage-gated Kaliumkanäle (Kv) für Repolarisation und voltage-gated Calciumkanäle (Cav) für Neurotransmitterfreisetzung; liganden-gesteuerte Kanäle wie der nikotinische Acetylcholinrezeptor oder der GABA_A-Rezeptor. Ihre Funktion wird durch Phosphorylierung, Second-Messenger-Systeme und intrazelluläres Ca2+ reguliert. Fehlfunktionen von Ionenkanälen können Kanalopathien verursachen, etwa Herzerkrankungen oder neurologische Störungen. Therapeutisch werden Ionenkanäle mit Blockern oder Modulatoren adressiert, z. B. Lokalanästhetika gegen Nav-Kanäle oder Kalziumkanalblocker zur Blutdrucksenkung.