הקדמה - מעבר דרך הממברנה:

• למרות הדקות של הממברנה, היא בעלת חדירות נמוכה.
• היא חדירה למולקולות קטנות הידרופוביות (חמצן, פדח, נתרן, וכו').
• כדי ששאר המולקולות יוכלו לעבור, נעשה שימוש ב מערכות הטרנספורט השונות.

תעלה יונית:

• חלבון טרנסממברנלי - נמצא בתוך הממברנה וחוצה אותה.

• מאפשרת באופן מבוקר מעבר של יונים לפי מפל הריכוזים.

• מבנה התעלה היונית:

  • 
  • התעלה עצמה בנויה מתת יחידות אלפא (והן גם בנויות מאלפא הליקס), אשר נקראות גם Pore Forming subunits. בד"כ יש בין 2 ל-6 כאשר כל אלפא שונה מהשניה (אלפא1, אלפא2, וכו').
  • לתעלה מוצמדות תת יחידות בטא וגאמא, אשר עוזרות לעגן את התעלה, ויכולות להשפיע על פתיחות וסגירות התעלה.
  • רק לתעלה יונית יש נקב מימי (aqueous pore) שחוצה את הממברנה (צורת בייגלה מלמעלה).

• חדירות (permeation):

  • חדירות התעלה תלויה בשתי תכונות:

    • סלקטיביות:

      • תעלות לרוב מאוד סלקטיביות ולא מאפשרות מעבר לרוב היונים, אלא רק לסציפיים התואמים למטרה שלהן (לדוגמא תעלת נתרן).
      • ישנן גם תעלות פחות סלקטיביות, שמאפשרות מעבר של משפחת יונים בעלי תוכנה מסוימת.
      • תעלות יונים בד"כ יעבירו או רק קטיונים או רק אניונים. כאשר התעלות שחדירות לאניונים הן בד"כ פחות סלקטיביות.
      • פילטר הסלקטיביות:
        • אזור יחודי בתעלה אשר בו היון משיל מעליו את מולקולות המים הסובבות אותו (דה הידרציה) ומקיים קשר כימי חלש עם צידיה הפנימיים של התעלה.
        • כדי שהיון יעבור, הקשרים שהוא יוצר עם קבוצת הקרבוניל בצידיה הפנימיים של התעלה חייב לפצות אנרגטית על ניתוק הקשרים שהיו לו עם מולקולות המים (שכבת ההידרציה).
        • לדוגמא: יון נתרן קטן מאשלגן, ולכן אם ינסה לעבור בתעלת אשלגן הוא לא יוכל ליצור קשרים אופטימלים עם קבוצות הקרבוניל ולכן מכיוון שהתהליך לא משתלם אנרגטית הוא לא יעבור.

    • מהירות:

      • מכיוון שמעבר היונים הוא בצורה פסיבית לפי מעבר ריכוזים, התנועה המתאפשרת בתעלה היא גבוה בהרבה בהשוואה לצורות הטרנספורט האחרות.
      • הנקב המימי הטרנסממברנלי מאפשר ליונים לזרום כמעט כאילו מדובר בתמיסה חופשית.

• בקרה על פתיחה וסגירה (gating):

  • זהו המנגנון שבאמצעותו התעלה עוברת בין מצב סגור למצב פתוח, בתגובה לגירוי מסוים.

  • חשוב לציין שמדובר בתהליך התסברותי מרקובי (התהליכים לא תלויים ביניהם בזמן) ולכן הפעולה שכל סוג תעלה תלוי בה מעלה או מוריד את ההסתברות שהיא תיפתח, ולא מגדיר פתיחה או סגירה באופן בינארי.

  • סוגי התעלות לפי בקרה:

    • 
    • תעלות מתח (voltage gated):
      • תלויות במתח הטרנסממברנלי.
      • קיימות ברקמות שיודעות להעביר פוטנציאל פעולה (נוירונים, שרירים,בלוטות אנדוקריניות ואקסוקריניות).
      • בד"כ מדובר על תעלות נתרן, אשלגן, וסידן.
      • לתעלות מתח יש 4 תת יחידות אלפא כאשר כל אחת בנויה מ6 סגמנטים טרנסממברנלים
      • 
      • תהליך פתיחת התעלה:
        • בחלק s4 יש כ-6 חומצות אמינו פולריות שמוחזקות על ידי הצד הפנימי של השדה הטרנסממברנלי (שהוא שלילי - פוטנציאל מנוחה).
        • כאשר יש דה-פולריזציה השדה החשמלי לא חזק מספיק כדי להחזיק את s4 שנדחפים לצד החיצוני של הממברנה.
        • התנועה של s4 כלפי חוץ גורמת לרוטציה מכנית (מכיוון שהוא בנוי בצורת הליקס) ומושכת איתה את s5 s6 שיוצרים את השער ובכך פותח אותו.
        • כדי שתעלה תשאר פתוחה, תהליך זה צריך לקרות בשלוש מתוך 4 תת יחידות האלפא.
      • אינאקטיבציה:
        • מצב בו התעלה פתוחה מבחינת הבקרה, אך הנתיב חסום פיזית.
        • חלק מהחלבון של התעלה (בצורת כדור) קשור בשרשרת גמישה לצד הציטופלזמטי של התעלה, וזמן קצר לאחר פתיחת הוא נכנס לתוך הנקבובית וחוסם אותה.
    • תעלות ליגנד:
      • נפתחות על ידי קשירה של ליגנד לקצה החוץ תאי של התעלה.
      • בעלת 5 תת יחידות אלפא, כאשר כל תת יחידה מחולקת ל4 חלקים.
    • תעלות סיגנל:
      • ליגנד מגיע מהציטוזול (החלק הפנימי) ונקשר לצד הציטופלזמטי של התעלה.
    • תעלות מתיחה (stretch gated):
      • מגיבות למתיחה פיזית של הממברנה.

  • מודולטורים על הבקרה:

    • מודולטורים שונים יכולים להשפיע בשלוש דרכים עיקריות:
      1. שינוי ישיר של מצב הבקרה (פותחים או סוגרים) ו/או התיישבות בנקב המימי וחסימת מעבר יונים.
      2. שינוי תכונות מצב הבקרה - השפעה על משך הפתיחה של התעלה.
      3. שינויים מבניים וארוכי טווח - פוספורילציה (שמפעילה או משביתה תעלות), יחידות עזר (שמשנות את מהירות האינאקטיבציה ו/או הרגישות למתח), ושינויים בצפיפות או הרכב התעלה. שינויים אלו יכולים לקחת מספר שעות אך יכולים להשפיע למשך ימים ואף חודשים.