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イオンチャネル (ion channel,イオンチャンネルともいう) とは、細胞の生体膜(細胞膜や内膜など)にある膜貫通タンパク質の一種で、イオンを透過させるものの総称である。機能的には細胞の内外における各種イオンの濃度あるいは膜電位の維持、神経細胞など電気的興奮性細胞での活動電位の発生、シグナル伝達などに関与する。

◆ イオンチャネルの原理

電荷を持つイオンは、誘電率の小さい油の中では自身の電気エネルギーが大きくなるので、油にはいりにくい。このために脂質二重層で構成された部分の生体膜をほとんど透過できない。イオンの膜を横切る移動は、誘電率の高い水路(チャネル)があれば効率が飛躍的に高まる。生体膜にあって、このような水路の役割を果たす膜タンパクがイオンチャネルである。多くのチャネルは分子内にゲートと呼ばれる構造があり、これが開くとイオンは細孔(ポア)を通って流れる。

◆ イオン選択性

イオンの選択性はチャネルによってまちまちであり、一種類のイオンのみ選択的に透過させるチャネルもあれば、多くの陽イオンを通してしまうチャネルも存在する。しかし、イオンを流す方向は、チャネルによって決める事はできない。なぜなら、イオンチャネルはイオンを受動的に輸送するからである。イオンチャネルが開くと、イオンは電気化学的勾配の高い方から低い方へ流れる。つまり、イオンチャネルがいくら開いても、膜電位が平衡電位と等しい場合、すなわち、膜内外でのイオン濃度差による拡散の効果と、イオンの電荷にはたらく膜電位の効果が釣り合っているとイオン電流は流れない。

◆ 制御様式

イオンチャネルの開閉の制御様式には、いくつかある。

・ 電位依存性 (voltage-dependent channel/voltage-gated channel):膜電位の変化に応じて開くもの。時定数の異なる複数のゲートを持ち、膜電位変化時に時間に依存した特定の開閉を行うチャネルも多い。

・ リガンド依存性(ligand-gated channel):特異的に結合する分子によるもの。この場合イオンチャネル自体が受容体となっている。受容体の側から見れば、イオンチャネル共役型受容体とも呼べる。たとえば、AMPA型グルタミン酸受容体、NMDA型グルタミン酸受容体など。

・ リン酸化依存性:他タンパクからのリン酸化シグナルによるもの

・ 力学的変形依存性:チャネル分子に機械的変形が関わると開くもの。内耳の有毛細胞などが有名。

・ 温度依存性:温度によるもの。

・ 漏洩チャネル:通常開いており、少しずつ特定のイオンを漏らすように流すもの。

◆ 他の輸送タンパク質

類似のタンパク質として、ATPなどのエネルギーを使ってイオンを「能動的」に輸送するタンパク質であるイオンポンプがある。これはイオンの選択性や膜内外への輸送という観点ではよく似たタンパクであるが、イオンの流す向きに極性が有ると言う点が決定的に異なる。ポンプはイオンを能動的に輸送する方向が決まっているのに対し、イオンチャネルはイオン濃度の高い方から低い方へ(あるいは電気化学ポテンシャルが下がる方向へ)「受動的」に移動させるものである。また、複数の種類のイオンを、ある個数比で反対方向に輸送するイオン交換体、同じ方向に輸送する共輸送体もある。

◆関連項目

・活動電位

・ネルンストの式

・パッチクランプ法

・カリウムチャネル

・カルシウムチャネル

・イオンチャネル病

・ポリン (タンパク質) - 電位依存性陰イオンチャネルを含む

・アクアポリン(水チャネル)

・膜輸送体

◆外部リンク

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