Natriumkanal

Ein integrales Protein der Zellmembran, das selektiv Natrium-Ionen passieren lässt. Interessant sind vor allem die spannungsgesteuerten Natrium-Kanäle der Axonmembran sowie die ligandengesteuerten Natrium-Kanäle der postsynaptischen Membran.

Wenn man der deutschen Wikipedia vom Juli 2011 Glauben schenken darf, so gibt es neun verschiedene spannungsgesteuerte Natrium-Kanäle, die als Na_V1.1 bis Na_V1.9 bezeichnet werden. Das "V" steht für den englischen Begriff voltage gatet, also spannungsgesteuert. Weitere Einzelheiten zu diesen neun Typen findet man in dem Wikipedia-Eintrag.

Die spannungsgesteuerten Natrium-Kanäle (voltage gatete sodium channels) bestehen aus vier Domänen, die als I, II, III und IV bezeichnet werden. Jede Protein-Domäne wiederum setzt sich aus sechs alpha-Helices zusammen, die jeweils quer durch die ganze Membran ziehen und als S₁ bis S₆ bezeichnet werden. Dabei spielt die S₄-Helix eine besondere Rolle, weil sie positiv geladen ist. Insgesamt besteht ein Natrium-Kanal also aus 24 alpha-Helices I S^₁ bis IV S₆.

Natürlich sind die 24 Helices nicht nebeneinander angeordnet wie in der Abbildung 1, sondern ungefährt so:

In jeder Domäne existiert eine besondere alpha-Helix, die viele positiv geladene Arginin-Reste aufweist. Arginin ist bekanntlich eine basische Aminosäure mit einer Amino-Gruppe in der Seitenkette. Eine Amino-Gruppe kann ein zusätzliches Proton aufnehmen und wird dadurch zu einer positiv geladenen NH₃⁺-Gruppe. In der Abbildung 1 kann man gut erkennen, wie diese S₄-Helices jeder Domäne von der negativ geladenen Membraninnenseite angezogen werden. In der Abbildung 2 sieht man gut, wie ein Natrium-Kanal von oben (bzw. von außen) aussieht. Gut zu erkennen ist die eigentliche Pore in der Mitte des Kanals.

Die elektrische Steuerung des Natrium-Kanals kommt durch die vier S₄-Helices zustande. Im Ruhezustand (-70 mV) ist die Innenseite der Membran negativ geladen, und die S₄-Helices werden von dieser negativen Ladung angezogen. Wird die Membran depolarisiert, so wird die Negativladung der Innenseite geringer, folglich werden die S₄-Helices nicht mehr so stark von der Membraninneseite angezogen. Sie "rutschen" quasi nach außen und öffnen so den Kanal für Natrium-Ionen. Die Membran wird für Na+-Ionen permeabel, wenn die Negativladung der Innenseite kleiner wird.

Ein Natriumkanal öffnet sich nur dann, wenn das Membranpotenzial einen bestimmten Schwellenwert überschritten hat. Dieser liegt ungefähr 15 mV über dem jeweiligen Ruhepotenzial der Zelle. Hat eine Nervenzelle also ein Ruhepotenzial von -70 mV, liegt der Schwellenwert für das Öffnen der Natrium-Kanäle bei -55 mV.

In der letzten Zeit haben sich neue Erkenntnisse ergeben, die noch keinen Einzug in die Schulbücher gefunden habe. Die erste Erkenntniss ist die, dass in einer Nervenzelle die einzelnen Natrium-Kanäle durchaus unterschiedliche Schwellenwerte haben können - es gibt hier eine gewisse Variationsbreite. Dies soll verhindern, dass Aktionspotenziale bereits bei wenig intensiven Reizen entstehen. Ein paar Natrium-Kanäle mit einem geringen Schwellenwert (zum Beispiel -60 mV) öffnen sich dann, aber die meisten Kanäle bleiben geschlossen.