Ionenkanäle - keine reine Nervensache

Durch Anlagern eines passenden Botenstoffs (grün) geben die Ionenkanäle den Weg für bestimmte Ionen (blau) frei. Viele Gifte und auch Medikamente (braun) blockieren Ionenkanäle, indem sie diese verstopfen. Bild vergrößern
Durch Anlagern eines passenden Botenstoffs (grün) geben die Ionenkanäle den Weg für bestimmte Ionen (blau) frei. Viele Gifte und auch Medikamente (braun) blockieren Ionenkanäle, indem sie diese verstopfen.

Im „Nachrichtenwesen“ eines Organismus spielen Ionenkanäle eine universelle Rolle: Diese porenbildenden Proteine, die in die äußere Zellmembran fast aller Zelltypen eingelagert sind, vermitteln nicht nur die elektrische Aktivität von Nerven- und Muskelzellen, sondern übersetzen auch physikalische oder chemische Sinnesreize in neuronale Signale. Selbst Zellen wie Blut-, Immun- oder Leberzellen, die nicht direkt an das Nervensystem gekoppelt sind, benutzen sie für Kommunikationszwecke. Dabei ist jede Zelle entsprechend ihrer jeweiligen Art und Funktion mit einem eigenen Sortiment an einschlägigen Ionenkanälen ausgestattet.

Eine „durchschnittliche“ Zelle weist zwischen 10.000 und 1.000.000 Ionenkanäle auf, wobei sich diese Zahl auf über fünfzig verschiedene Kanaltypen verteilt. In jeder Sekunde können mehr als 107 Ionen einen einzigen Kanal passieren. Diese Transportgeschwindigkeit ist nur um den Faktor 10 kleiner als die Diffusionsgeschwindigkeit von Wasser. Ionenkanäle lassen sich jedoch nicht an eine Energiequelle koppeln; der von ihnen vermittelte Transport ist immer passiv. Spezifische Ionen, vor allem Natrium, Kalium, Calcium und Chlorid können somit nur entsprechend ihrem elektrochemischen Gefälle durch die Plasmamembran gelangen.

Durchgangspforten mit Türsteher

Ionenkanäle sind selektiv, d.h. sie gestatten nur bestimmten Ionen den Durchtritt, anderen jedoch nicht. Ihr Inneres gleicht daher einer Sanduhr, an ihrer engsten Stelle, der Kanalpore, kommen die wie auf einer Wasserstraße gleitenden Ionen in unmittelbaren Kontakt mit den Kanalwänden - durchgelassen werden jetzt nur Ionen mit der richtigen Größe und Ladung. Und noch in anderer Hinsicht unterscheiden sich Ionenkanäle von einfachen, wassergefüllten Poren: Zunächst einmal sind sie geschlossen, in vielen Fällen verhindert die Seitengruppe einer bestimmten Aminosäure in der Wandung des Kanaleingangs die Passage.

Erst wenn die Zelle den Auftrag erhält, einen bestimmten Ionenkanal zu öffnen, dreht sich die als Barriere wirkende Aminosäureseitenkette aus dem Lumen, dem Hohlraum des Kanals, heraus und gibt den Weg frei. Ein Signal für diese Freigabe ist das Anlagern eines Botenstoffs oder Liganden. Zu diesen gehören vor allem von außen auf die Zelle treffende Hormone oder Botenstoffe des Nervensystems, aber auch intrazelluläre Signalmoleküle. Ein anderes Signal ist eine Änderung der elektrischen Spannung über der Zellmembran wie sie auftritt, wenn ein Aktionspotenzial entlang einer Nervenfaser weitergeleitet wird. Nicht zuletzt können Ionenkanäle auch durch physikalische Einflüsse wie Druck- oder Temperaturänderungen geöffnet werden.

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