Ionenkanäle zur Signalübermittlung in biologischen Systemen

Die meisten der bekannten Mechanismen zur Signalübermittlung zwischen lebenden Zellen, zum Beispiel synaptische übertragung, Nervenreizleitung und Sekretionssteuerung, bedienen sich sog. Ionenkanäle. Ionenkanäle sind integrale Membranproteine (s. u.), welche in ihrem Inneren hydrophile Bereiche aufweisen, durch die Ionenpermeation stattfinden kann. Der resultierende Ionenstrom wird durch externe Signale wie Membranspannung, Neurotransmitter oder Hormone geregelt. In neuerer Zeit ist es gelungen, die Strombeiträge einzelner solcher Ionenkanäle aufzulösen und ihr reizabhängiges An‐ und Abschalten zu verfolgen. In diesem Beitrag wollen wir anhand einiger Beispiele zeigen, wie sich mittels dieser neuen Techniken Konformationsänderungen von Ionenkanälen auf der Ebene von Einzelmolekülreaktionen untersuchen lassen. Weiterhin liefert die Abhängigkeit der Schaltkinetik von intensiven thermodynamischen Parametern wie Potential, Temperatur und Druck detaillierte Informationen über die molekularen Vorgänge beim öffnen und Schließen der Kanäle. Messungen dieser Art werden im zweiten Teil dieses Artikels näher beschrieben.