ما هي القنوات الأيونية

تعد الخلية الحية هي وحدة بناء الكائن الحي وصحة وحيوية الجسم تعتمد على صحة وحيوية الخلايا الحية المختلفة ، ويوجد أنظمة عديدة تعمل على حفظ حيوية خلايا الجسم ، ويعد أهم هذه الأنظمة هو جدار الخلية ، وما يحتوي من قنوات أيونية .

تعريف القنوات الأيونية

تعد القنوات الأيونية هي مجموعة من البروتينات التي تتكون على سطح أغلب الخلايا الحية لكي تقوم بتكوين ثقوب في جدران هذه الخلايا ويمر الأيونات المختلفة ، ومنها البوتاسيوم والصوديوم والكالسيوم بواسطة هذه الثقوب من وإلى الخلايا .

خصائص القنوات الأيونية

تساعد القنوات الأيونية في عملية ضبط تدفق الشحنات من خلال غشاء الخلية ، وهي تتكون من البروتينات المكون الأساسي لغشاء الخلية ، وتتشكل القنوات إلى وحيدات مصغرة تتكون من مجموعة دائرية الشكل من بروتينات متشابهة معا تكون حول مسام ممتلئ بالمياه بواسطة سطح الغشاء أو طبيعي الليبيد ، وهذه الوحدات هي مشكلة للمسام ، وتسمى وحيدات a ، وتسمى الوحيدات الثانوية B و V وهكذا .

بعض هذه القنوات يمر بها الأيونات حسب شحنتها ، وتسمح بالقيام بتوصيل نوع محدد من الأيونات مثل الأيونات موجبة الشحنة سواء كانت أيونات الكالسيوم أو صوديوم أو بوتاسيوم أو الأيونات سالبة الشحنة كالكلور ، ويقوم بتوصلهم بواسطة الغشاء بسرعة حيث تنتقل الأيونات في السائل الحر ، وهناك بعض أنواع القنوات الأيونية تتحكم في مرور الأيونات بواسطة بوابات تقوم بالفتح ، والثقل تحت تأثير الكيماويات أو الحرارة أو الشارات الكهربائية أو جهد ميكانيكي ويكون ذلك حسب نوع القناة . [1]

القنوات الأيونية لها خصائص أهمها أنها تقوم بإشباع العصبونات القابلية للاستثارة الكهربية ، وتوجد القنوات الأيونية في كل أجزاء العصبونات وقليلة في الخلايا الدبقية ، ولكنها تتواجد في عائلات أخرى من الخلايا ، وتتميز جميع الأغشية الحيوية ، ومنها غشاء العصبون بانها تتكون من طبقة مزدوجة من الضحك يكون لها مقاومة كهربية عالية ، وهذا يعني أن الأيونات لا يمكنها المرور من خلالها بكل سهولة ، ولهذا لكي تستطيع الأيونات المرور خلال الغشاء أن يكون به ثقوب أو القنوات الأيونية في الطبقة الشحمية المزدوجة أو أن يوجد حملة Carriers تقوم بتجميع الأيونات من جهة ، وتقوم بحملها الجهة الأخرى الغشاء لكي يتم فرزها ، ومعدل نقل الأيونات في العصبونات اللازم لكي يتم نقل السيال العصبي أو الإشارة العصبية سريع ، ويفوق طاقة أنظمة الحمل ، والقنوات الأيونية أو ثقوب الغشاء تستخدم العصبونات في عملية نقل الأيونات من خلال الغشاء .

أنواع القنوات الأيونية

تصنف القنوات الأيونية حسب الانتقائية الأيونات التي تمر بواسطة القناة ، وحساسية القناة لفرق جهد الغشاء ، وهل يتم تغير نفاذية القناة عند تغير فرق الجهد خلال الغشاء ، وفي العادة تكون القنوات الأيونية هي المسئولة عن توليد جهد الفعل Action Potentials حساسة لفرق الجهد Voltage Sensitive ، وقد لا تكون هذه القنوات مسئولة عن الجهد الكامن للغشاء Resting Membrane Potential تكون حساسة لفروق تركيز الأيونات .

يوجد نوعان من القنوات الأيونية هما

القنوات الأيونية الحسّاسَة لفرقِ الجهد

، وهي المنظمة كهربيا Voltage Gated ، و

القنوات الأيونية الحسّاسة لفرق التركيز

، وهي المنظمة كيميائيا Ligand Gated ، وهذا التصنيف مصطنع لأن عدد من هذه القنوات الحساسة لفرق الجهد تقوم بتنظيم أدائها بواسطة الناقلات العصبية والكيميائية ، بواسطة أيونات الكالسيوم ، ويوجد بعض القنوات الأيونية التي لا تقوم بفتح تغيرات فرق الجهد ، ولا تقوم بالفتح بواسطة مادة كيميائية ، ولكن تفتح مباشرة بواسطة الضغط أو الشد الفيزيقي كالمستقبلات الجسدية الحسية Somatosensory Receptors ، والمستقبلات السمعية Auditory Receptors .

أهمية القنوات الأيونية

القنوات الأيونية لها أهمية كبيرة حيث يحتاج لها الكائن الحي لكي يساعد في عمل الأجهزة المختلفة داخل جسم الكائن الحي ، فإن القلب لا يمكن أن يقوم بالمرض من غير وجود أيونات الصوديوم والكالسيوم والبوتاسيوم ، وأيضا خلايا المخ سوف تتوقف عن الاتصال ببعضها البعض عند عدم وجود هذه الأيقونات في الدم ، وحجم الخلايا يختلف بشكل كلي عند وجود خلل في تركيز أيونات الكلوريد داخل الجسم .

تعتمد أغلب الحواس على القنوات الأيونية ، حيث قدرة الإبصار تعتمد على مجموعة محددة من هذه القنوات التي تحول فوتونات الضوء التي تقوم بالسقوط على شبكية العين إلى إشارات كهربية تسير في الخلايا العصبية البصرية إلى أن تصل إلى القشرة المخية البصرية التي تعمل على فك محتوى هذه الإشارات الكهربية لكي تقوم بتحويلها إلى صورة ذات معنى ، ونقوم بالسمع بمساعدة مجموعة من القنوات الأيونية التي تعمل على تحويل الموجات الصوتية إلى أصوات نستطيع فهمها ، وتساعد القنوات الأيونية الفنان فى تحريك يديه لكي يرسم ببراعة لوحة فنية جميلة، وتساعد القنوات الأيونية بعض أنواع ثعابين البحر على إطلاق شحنات كهربية ذات جهد عالي لكي تقوم بشل حركة فريستها أو تقوم بدفعها عن نفسها .

أهمية القنوات الأيونية لا تتوقف فقط على الكائنات متعددة الخلايا مثل الحيوان والإنسان ، ولكنها تتضمن الكائنات الدقيقة مثل البكتيريا حيث قامت العلماء في دراسة حديثة تم نشرها في الدورية العلمية الشهيرة نيتشر ، بالإشارة إلى دور القنوات الأيونية في الاتصال بين الخلية والخلية الأخرى في التجمعات البكتيرية .

نتائج حدوث خلل في عمل القنوات الأيونية

قام العلماء بالتوصل إلى أن الخلل في عمل القنوات الأيونية يتسبب في أمراض كثيرة ، وهذا الخلل قد يكون خلقي حيث إن الخلل يكون في جين معين مما يتسبب في توقف عمل هذه القنوات بشكل كلي أو إلى اضطراب عمل القنوات الأيونية من جانب آخر ، وقد يكون الخلل مكتسب أي أن القنوات الأيونية كانت تعمل جيدا ، وبعد ذلك حدث لها خلل في عملها بسبب مهاجمة الجهاز المناعي لها .

أمثلة على الأمراض الأيونية

هناك أمراض أيونية تتسبب فيها القنوات الأيونية ومنها :

• أمراض القلب وهى تكون مرتبطة بخلل في عمل بعض القنوات الأيونية ، وسبب اضطراب إيقاع نبضات القلب Long and short QT-syndromes هو تلف يصيب قنوات الصوديوم أو البوتاسيوم التي توجد في عضلة القلب .
• الشلل الدوري Hypo and Hyper Kalemic periodic paralysis يكون سببه طفرة جينية تحدث في قناة الصوديوم التى توجد في الخلايا العصبية ، وهذا يتسبب في تكرار زيادة إثارتها ، وبعد ذلك يحدث انقباض في العضلات باستمرار مع عدم المقدرة على الانبساط ، وهذا يسبب الشلل المؤقت .
• أمراض أخرى كالصداع النصفي والصرع ومتلازمة درافت Dravet Syndrome يكون سببها طفرات جينية في قنوات الكالسيوم والصوديوم .
• الأمراض الأيونية لا تقتصر على الجهاز العصبي بل يمتد الأثر أجهزة الجسم الأخرى ، وتتسبب في حدوث التلفيات الكيسية Cystic fibrosis بسبب الخلل في قنوات الكلورايد .

علاج الأمراض الأيونية

نظرا لأن القنوات الأيونية هي قنوات الحياة ، وعندما تقوم بعملها بشكل جيد تكون حياة الإنسان صحية ، وتسعى العديد من المعامل في أكبر الجامعات ، وشركات الدواء على إيجاد أدوية ناجحة للأمراض التي تنتج من خلل عمل القنوات الأيونية ، وآلية عمل أغلب هذه الأدوية تعتمد على عملية تنظيم عمل القنوات الأيونية سواء بوقف عمل بعض هذه القنوات عندما تظهر أعراض بصورة حادة كما هو في مرض الصرع أو تنظيم عمل هذه القنوات كما هو في اضطرابات القلب . [2]