「イオンチャネル」の版間の差分

英：ion channel　独: Ionenkanal　仏: canal ionique  

　イオンチャネルとは、[[形質膜]]あるいは[[内膜]]系に存在する、[[wikipedia:ja:イオン|イオン]]を透過させる役割を持つ[[膜タンパク質]]である。[[生体膜]]を構成する脂質二重膜はイオンをほとんど透過しないため、イオンを膜の内外に透過させるために生体機能に必須のタンパク質であり、[[wikipedia:ja:バクテリア|バクテリア]]から高等動物まで、あらゆる細胞に発現している。イオン透過路に存在する[[イオン選択性フィルター]]により、通ることのできるイオンの種類、あるいは大きさが決まっている。したがって[[カリウムチャネル]]など、透過するイオンの種類によって分類することが可能である。また[[ゲート]]によっても分類が可能で、膜電位に依存して開閉する[[電位依存性チャネル]]や、リガンドが結合することによって開く[[リガンド依存性イオンチャネル]]([[イオンチャネル型受容体]])、[[機械刺激受容チャネル]]などが存在する。神経回路の活動、[[筋収縮]]、[[感覚]]など、イオンが関わるあらゆる生理機能に深く関与している。

==イオンチャネルとは==

====電位依存性カリウムチャネル====

[[Image:Kchannel.jpg|300px|thumb|right|'''図2. 電位依存性カリウムチャネルαサブユニットの構造'''<br>これが４つ集まって図1のような立体構造をとる。]]

　電位依存性カリウムチャネルは6回膜貫通型の膜タンパク質である(図2)。四つの&alpha;サブユニットが集まって一つのイオンチャネルが構成される。六つの膜貫通セグメント(S1～S6)のうち最初の四つ(S1～S4)は[[膜電位センサー]]ドメインと呼ばれ、細胞膜内外の電位差を感じるセンサーとして機能する。特にS4セグメントには正電荷を持つアミノ酸(主に[[wikipedia:ja:アルギニン|アルギニン]])が3アミノ酸おきに配置されており、この正電荷のクラスターが膜電位センサーとしての中心的な役割を果たしている。残りの二つのセグメント(S5～S6)はポアドメインと呼ばれ、四つのサブユニットが集まってイオン透過路を構成する。S5-S6の間のループは特にPループと呼ばれ、イオン選択性フィルターとしてカリウムイオンを選択的に透過させる機能を持っている。またS6セグメントは開閉のゲートとして働いていると考えられている。膜電位が脱分極すると、それを感知したS4セグメントが細胞外側に向かってスライドするような構造変化を起こす。その変化がS4-S5リンカーを通じてポアドメインに伝わり、S6セグメントのゲートが開くと考えられている。

====電位依存性ナトリウムチャネル====

[[Image:Topology.jpg|300px|thumb|right|'''図3. さまざまなトポロジーのイオンチャネル''']]

　電位依存性ナトリウムチャネルは上述の電依存性カリウムチャネルと似た構造を持っているが、カリウムチャネルの3つ(4つではないでしょうか？）のサブユニットが直列につながったような、24回膜貫通型のタンパク質である(図3)。それぞれドメインI～IVと呼ばれ、それぞれに膜電位センサードメインとポアドメインが含まれる。ヒトには&alpha;サブユニットとしてNaV1.1～1.9まで9種類の遺伝子が存在し、さらに修飾サブユニットとして&beta;サブユニットが存在する。活動電位を起こす機能が有名で、Hodgkin-Huxleyの時代からよく研究されているチャネルファミリーの一つである。膜電位が[[脱分極]]すると、電位依存性カリウムチャネルと同様にS4セグメントが細胞外側に動くと考えられる。続いてゲートが開いてナトリウムイオンを流入させ、細胞を脱分極させる。特徴的なのは、その後すぐに不活性化という状態に入ってしまい、その後一定時間活性化しなくなることである。この不活性化は活動電位を[[軸索]]に沿って一方向に進めるために重要な性質である。[[フグ毒]]として有名なテトロドトキシン(TTX)は電位依存性ナトリウムチャネルの阻害剤である。

====電位依存性カルシウムチャネル====

　電依依存性ナトリウムチャネルと同様、24回膜貫通型のタンパク質であり、さらにCa_V1～3まで3種類のサブファミリーに分類される(ヒトの遺伝子としては10種類)。&beta;サブユニット、&alpha;2&delta;サブユニット、&gamma;サブユニットなど、複数種類の修飾サブユニットが存在する。脱分極により開き、[[カルシウム]]イオンを選択的に透過する。カルシウムイオンの生理的重要性ゆえに、神経伝達物質の放出、心筋や骨格筋の収縮、ホルモン分泌などさまざまな生理現象にとって非常に重要なイオンチャネルである。

====カルシウム活性化型カリウムチャネル====

　細胞内のカルシウムイオン濃度に依存して活性化するカリウムチャネルである。カルシウム活性化型カリウムチャネルはシングルチャネルコンダクタンスの大きさに従って[[BK]], [[IK]], [[SK]]と分類される。基本的には電位依存性カリウムチャネルと同様の構造であるが、BKチャネルにはS1の前にS0と呼ばれる膜貫通セグメントが存在し、タンパク質のN末端が細胞外に出ている。BKチャネルのみ膜電位によっても活性化される。したがってBKチャネルは膜電位と細胞内カルシウムイオン濃度の二つのパラメータに依存して活性化するイオンチャネルということになる。BKチャネルはさらに&beta;サブユニットによって機能の調節を受ける。

====TRPチャネル====

====電位依存性プロトンチャネル====

　2006年に発見された電位依存性プロトンチャネルは、電位依存性カリウムチャネルの膜電位センサードメイン(S1～S4)のみでポアドメイン(S5～S6)を欠いたような構造の4回膜貫通型タンパク質である(図3)<ref><pubmed>16556803</pubmed></ref><ref><pubmed>16554753</pubmed></ref>。単体でプロトンを透過することができるが、二量体で機能していると考えられている。

　Two-poreチャネルは2回膜貫通型のイオンチャネルが2つ直列につながったような、4回膜貫通型のイオンチャネルである(図3)。2つのPループを持つことからTwo-poreチャネルと呼ばれるが、二量体で構成されるこのイオンチャネルは一つのイオン透過路を持つ。リークチャネルとも呼ばれ、静止膜電位の形成などに寄与していると考えられる。最近結晶構造も明らかになった<ref><pubmed>22282804</pubmed></ref><ref><pubmed>22282805</pubmed></ref>。

===塩素チャネル===

===リガンド依存性チャネル===

====P2X受容体====

　P2X受容体は細胞外のATPをリガンドとして活性化されるリガンド依存性チャネルである。2回膜貫通型で、3量体で構成される。ナトリウムイオン等を透過させる非選択性陽イオンチャネルであるが、ATPで長時間活性化させるとNMDGなどの大きな陽イオンも透過させることができるようにポアサイズが大きくなるという、特異なポアの性質を持つ。

===細胞内膜系イオンチャネル===

　[[リアノジン受容体]]はカルシウムストアとして機能する[[小胞体]]上のカルシウムチャネルである。細胞質中のカルシウムイオン濃度が上がると開き、小胞体中のカルシウムイオンを放出し、細胞内カルシウムシグナルを増幅する。筋細胞の収縮において重要な役割を果たしている。

====TRICチャネル====

<references />