ما هي القنوات الأيونية

يعد الخلية الحية وحدة بناء الكائن الحي، وتعتمد صحة وحيوية الجسم على صحة وحيوية الخلايا الحية المختلفة، وهناك العديد من الأنظمة التي تعمل على الحفاظ على حيوية خلايا الجسم، وأهم هذه الأنظمة هو جدار الخلية وما يحتويه من قنوات أيونية .

تعريف القنوات الأيونية

تتكون القنوات الأيونية من مجموعة من البروتينات التي توجد على سطح معظم الخلايا الحية، وتتكون من ثقوب في جدران هذه الخلايا، وتسمح بمرور الأيونات المختلفة مثل البوتاسيوم والصوديوم والكالسيوم من وإلى الخلايا .

خصائص القنوات الأيونية

تساعد القنوات الأيونية في تنظيم تدفق الشحنات عبر غشاء الخلية، وتتكون من البروتينات التي تشكل جزءا أساسيا من غشاء الخلية. تتشكل القنوات إلى وحدات صغيرة تحتوي على تجمع دائري من البروتينات المتشابهة، وتوجد حول مسام ممتلئة بالماء بواسطة سطح الغشاء أو الليبيد الطبيعي. تعتبر هذه الوحدات المسام وتسمى الوحدات الفرعية A و 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 .

القنوات الأيونية لها خصائص مهمة، فهي تشبع العصبونات التي يمكن تحفيزها كهربيا، وتوجد القنوات الأيونية في جميع أجزاء العصبونات وبكميات قليلة في الخلايا الدبقية، ولكنها توجد في أنواع أخرى من الخلايا، وتتميز جميع الأغشية الحية، بما في ذلك غشاء العصبون، بأنها تتألف من طبقة مزدوجة من الدهون التي تكون لها مقاومة كهربية عالية، وهذا يعني أن الأيونات لا يمكنها المرور من خلالها بسهولة، لذلك يجب أن يحتوي الغشاء على ثقوب أو قنوات أيونية في الطبقة الدهنية المزدوجة، أو يجب أن يكون هناك ناقلات تقوم بجمع الأيونات من جهة ونقلها إلى الجهة الأخرى من الغشاء لفصلها وتنظيمها، ويجب أن يكون معدل نقل الأيونات في العصبونات بسرعة كافية لنقل الإشارة العصبية بشكل سريع، ويتجاوز طاقة أنظمة النقل، وتستخدم العصبونات القنوات الأيونية أو ثقوب الغشاء لنقل الأيونات عبر الغشاء .

أنواع القنوات الأيونية

تصنف القنوات الأيونية وفقا لانتقائيتها للأيونات التي تمر عبرها، وحساسيتها لفروق جهد الغشاء، وما إذا كانت تتغير نفاذية القناة عند تغير فرق الجهد عبر الغشاء. عادة ما تكون القنوات الأيونية المسئولة عن إثارة الجهد الكهربائي (البوتنشيال الكهربائي) حساسة لفروق الجهد، وقد لا تكون هذه القنوات مسئولة عن الجهد الكهربائي الساكن للغشاء، بل تكون حساسة لفروق تركيز الأيونات .

هناك نوعان من القنوات الأيونية، الأولى هي القنوات الأيونية الحساسة لفرق الجهد والتي تتم تنظيمها كهربائيا (Voltage Gated)، والثانية هي القنوات الأيونية الحساسة لفرق التركيز والتي تتم تنظيمها كيميائيا (Ligand Gated). ويعتبر هذا التصنيف مصطنعا بعض الشيء، لأن بعض القنوات الحساسة لفرق الجهد تتم تنظيمها بواسطة الناقلات العصبية والكيميائية، باستخدام الكالسيوم. كما توجد بعض القنوات الأيونية التي لا يتم فتحها بواسطة تغيرات فرق الجهد، ولا بواسطة مادة كيميائية، ولكن يتم فتحها مباشرة بواسطة الضغط أو الشد الفيزيائي، مثل المستقبلات الحسية الجسدية ومستقبلات السمع .

أهمية القنوات الأيونية

تمتلك القنوات الأيونية أهمية كبيرة، إذ يحتاج الكائن الحي إليها لتساعد في عمل الأجهزة المختلفة داخل جسمه. ولا يمكن للقلب القيام بوظيفته بدون وجود أيونات الصوديوم والكالسيوم والبوتاسيوم، كما أن خلايا المخ تتوقف عن الاتصال ببعضها البعض إذا لم تتوفر هذه الأيونات في الدم، ويختلف حجم الخلايا تماما 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

توصل العلماء إلى أن الخلل في وظائف القنوات الأيونية يتسبب في العديد من الأمراض. يمكن أن يكون الخلل في الوظائف وراثيا، حيث يحدث في جين معين مما يؤدي إلى توقف عمل هذه القنوات بشكل كامل أو إلى اضطراب في وظيفتها من جهة أخرى. يمكن أيضا أن يكون الخلل مكتسبا، وهذا يعني أن القنوات الأيونية كانت تعمل بشكل صحيح ثم حدث خلل في عملها بسبب هجوم من جهاز المناعة .

أمثلة على الأمراض الأيونية

هناك أمراض أيونية تتسبب فيها القنوات الأيونية ومنها :

•  ترتبط أمراض القلب بخلل في عمل بعض القنوات الأيونية، ويتسبب تلف القنوات الصوديومية أو البوتاسيومية التي توجد في عضلة القلب في اضطراب إيقاع نبضات القلب في متلازمات QT الطويلة والقصيرة .
• يتسبب الشلل الدوري الهيبو والهايبر كاليميك periodic paralysis في طفرة جينية تحدث في قناة الصوديوم الموجودة في الخلايا العصبية، وهذا يؤدي إلى تكرار زيادة إثارتها، وبعد ذلك يحدث انقباض في العضلات بشكل مستمر مع عدم القدرة على الانبساط، ويتسبب ذلك في الشلل المؤقت .
•  يمكن أن تكون الأمراض الأخرى، مثل الصداع النصفي والصرع ومتلازمة درافت Dravet Syndrome، ناتجة عن طفرات جينية في قنوات الكالسيوم والصوديوم .
•  تؤثر الأمراض الأيونية على أجهزة الجسم المختلفة بجانب الجهاز العصبي، وتسبب تلفًا في الأنسجة الكيسية مثل مرض التليف الكيسي Cystic fibrosis نتيجة للخلل في قنوات الكلورايد .

علاج الأمراض الأيونية

نظرا لأن القنوات الأيونية هي أساس الحياة، وعندما تعمل بشكل جيد، تكون صحة الإنسان جيدة. تعمل العديد من المختبرات في الجامعات الكبرى وشركات الأدوية على اكتشاف أدوية ناجحة للأمراض التي تنجم عن عيوب في عمل القنوات الأيونية. وتعتمد آلية عمل معظم هذه الأدوية على ضبط عمل القنوات الأيونية، سواء عن طريق تعطيل بعض تلك القنوات عند ظهور أعراض حادة كما في حالة الصرع، أو ضبط عمل تلك القنوات كما في حالات اضطرابات القلب .