Wikipedia

Naponom usmjereni kalijski kanal

Naponom usmjereni kalijski kanali (VGKC-i) su transmembranski kanali specifični za kalij i osetljivi na promene napona u ćelijskom membranskom potencijalu. Tokom akcijskih potencijala, imaju ključnu ulogu u vraćanju depolarizovane ćelije u stanje mirovanja.

Eukariotski kalijski kanal
Kalijski kanal: struktura u okruženju nalik na membranu. Izračunate granice ugljikovodika lipidnog dvosloja označene su crvenim i plavim tačkama.
Identifikatori
SimbolIon trans
PfamPF00520
InterProIPR005821
SCOP21bl8 / SCOPe / SUPFAM
TCDB1.A.1
OPM superporodica8
OPM protein2a79
Membranom217
Dostupne proteinske strukture:
Pfam  strukture / ECOD  
PDBRCSB PDB; PDBe; PDBj
PDBsumsažetak strukture
Bakterijski ionski kanal
Kalijski kanal KcsA. Izračunate granice ugljikovodika lipidnog dvosloja su označene crvenim i plavim tačkama.
Identifikatori
SimbolIon trans 2
PfamPF07885
InterProIPR013099
SCOP21bl8 / SCOPe / SUPFAM
OPM protein1r3j
Dostupne proteinske strukture:
Pfam  strukture / ECOD  
PDBRCSB PDB; PDBe; PDBj
PDBsumsažetak strukture
Spori naponski kontrolirani kalijski kanal (beta podjedinica kalijskog kanala ovisnog o naponu, KCNE)
Identifikatori
SimbolISK kanal
KCNQ naponski kalijski kanal
Identifikatori
SimbolKCNQ-kanal
Kv2 naponski K+ kanal
Naponom usmjereni kanal
Identifikatori
SimbolKv2-kanal

Klasifikacija

uredi

Alfa podjedinice

uredi

Alfa podjedinice formiraju stvarnu provodljivost pora. Na osnovu homologije sekvenci hidrofobnih transmembranskih jezgara, alfa podjedinice naponsko vođenih kalijskih kanala grupieane su u 12 klasa. Označene su kao Kvα1-12.[1] Slijedi lista od 40 poznatih ljudskih alfa podjedinica kalijevih kanala sa voltažnim naponom, grupisanih prvo prema funkciji, a zatim podgrupanih prema klasifikacionoj shemi homologije Kv sekvence:

Odgođeni ispravljač

uredi

Polako inaktivirajuće ili neinaktivirajuće

Kalijev kanal tipa A

uredi

Brzo inaktivirajuće

  • Kvα1.x - Vezano za shaker: Kv1.4 (KCNA4)
  • Kvα4.x - Vezano za Shal: Kv4.1 (KCND1), Kv4.2 (KCND2), Kv4.3 (KCND3)

Ispravljanje prema vani

uredi

Ispravljanje prema unutra

uredi

Lakše propušta struju u pravcu prema unutra (u ćeliju, spolja).

  • Kvα11.x – eter-a-go-go kalijevi kanali: Kv11.1 (KCNH2) - hERG , Kv11.2 (KCNH6), Kv11.3 (KCNH7)

Sporo aktiviranje

uredi

Modifikator/utišivači

uredi

Ne mogu da formiraju funkcionalne kanale kao homotetrameri, već se umesto toga heterotetramerišu sa članovima porodice Kvα2 da bi se formirali provodni kanali.

Beta podjedinice

uredi

Beta podjedinice su pomoćni proteini koji se povezuju sa alfa podjedinicama, ponekad u α4β4 stehiometrijama.[2] Ove podjedinice ne provode struju same, već moduliraju aktivnost Kv kanala.[3]

Proteini minK i MiRP1 pretpostavljeni su hERG beta podjedinicama.[6]

Istraživanje na životinjama

uredi

K+ kanali sa naponom koji daju izlazne struje akcijskog potencijala imaju sličnosti sa bakterijskim K+ kanalima.

Ovi kanali su proučavani pomoću rendgenske difrakcije, omogućavajući određivanje strukturnih karakteristika pri atomskoj rezoluciji.

Funkciju ovih kanala istražuju elektrofiziološke studije.

Genetički pristupi uključuju skrining za promjene ponašanja kod životinja s mutacijama u genima K+ kanala. Takvi genetički metodi su omogućile identifikaciju gena "Shaker" K+ kanala u Drosophila, prije nego što su sekvence gena ionskih kanala bile dobro poznate.

Proučavanje izmijenjenih svojstava proteina K+ kanala koje proizvode mutirani geni pomoglo je da se otkriju funkcionalne uloge proteinskih domena K+ kanala, pa čak i pojedinačnih aminokiselina unutar njihovih strukture.

Struktura

uredi

Tipski, naponski K+ kanali kičmenjaka su tetrameri od četiri identične podjedinice raspoređene kao prsten, od kojih svaka doprinosi zidu transmembranske K+ pore. Svaka podjedinica sastoji se od šest membrana koje obuhvataju hidrofobne α-heliksne sekvence, kao i senzor napona u S4. unutarćelijskoj strani membrane koji sadrži i amino i karboksi krajeve.[7] Kristalografska struktura visoke rezolucije pacova Kvα1.2/β2 kanala je nedavno riješena (Pristupni broj PDB: 2A79),[8] a zatim rafiniran u okruženju nalik lipidnoj membrani (PDB 2r9r).

Selektivnost

uredi
Glavni članak: Kalijski kanal § Filter selektivnosti

K+ kanali su selektivni za K+ u odnosu na druge katione, kao što je Na+. Na najužem dijelu transmembranske pore nalazi se selektivni filter.

Studije mutacija kanalskih gena otkrile su dijelove podjedinica koje su bitne za ionsku selektivnost. Oni uključuju aminokiselinsku sekvencu (Thr-Val-Gly-Tyr-Gly) ili (Thr-Val-Gly-Phe-Gly) tipsku za filter selektivnosti za naponski K< sup>+ kanali. Kako K+ prolazi kroz pore, sprječavaju se interakcije između iona kalija i molekula vode, a K+ stupa u interakciju sa specifičnim atomskim komponentama Thr-Val-Gly-[YF ]-Gly sekvence iz četiri kanalske podjedinice AND+215962%5Buid%5D&rid=stryer.figgrp.1824.

Može izgledati kontraintuitivno da kanal treba da propušta ione kalija, ali ne i manje ione natrija. Međutim, u vodenom okruženju, kationi kalija i natrija su rastvoreni molekulima vode. Kada se kreće kroz filter selektivnosti kalijevog kanala, interakcije voda-K+ se zamjenjuju interakcijama između K+ i karbonilnih grupa kanalskih proteina. Prečnik selektivnog filtera je idealan za kalijev kation, ali prevelik za manji natrijski. Stoga su kalijevi kationi dobro "solvatirani" karbonilnim grupama proteina, ali te iste karbonilne grupe su previše udaljene da bi adekvatno solvatirali kation natrija. Stoga je prolaz kalijevih kationa kroz ovaj selektivni filter u velikoj mjeri favorizovan u odnosu na katione natrija.

Otvorene i zatvorene konformacije

uredi

Struktura K+ kanala kod sisara korištena je da objasni njegovu sposobnost da odgovori na napon kroz membranu. Nakon otvaranja kanala, konformacijske promjene u domenima naponskog senzora (VSD) rezultiraju prijenosom 12 –13 elementarnih naboja kroz električno polje membrane. Ovaj prijenos naboja mjeri se kao prolazna kapacitivna struja koja prethodi otvaranju kanala. Poznato je da se nekoliko naelektrisanih ostataka VSD-a, posebno četiri ostatka arginina koja se nalaze redovno na svakoj trećoj poziciji na segmentu S4, krećuči se preko transmembranskog polja i doprinose naelektrisanju ulaza. Položaj ovih arginina, poznatih kao ulazeći arginini, visoko je konzerviran u svim naponskim kanalima kalija, natrija ili kalcija. Međutim, opseg njihovog kretanja i njihovo pomicanje preko transmembranskog potencijala bio je predmet opsežne debate.[9] Identifikovani su specifični domeni podjedinica kanala koji su odgovorni za napon-senzitivnost i pretvaranje između otvorene i zatvorene konformacije kanala. Postoje najmanje dvije zatvorene konformacije. U prvoj, kanal se može otvoriti ako membranski potencijal postane pozitivniji. Ovaj tip gejtinga je posredovan domenom osjetljivim na napon koji se sastoji od S4 alfa-heliksa koji sadrži 6–7 pozitivnih naboja. Promjene u membranskom potencijalu uzrokuju pomicanje ove alfa-heliksa u lipidnom dvosloju. Ovo kretanje zauzvrat dovodi do konformacijske promjene u susjednim spiralama S5–S6 koje formiraju pore kanala i uzrokuju otvaranje ili zatvaranje ove pore. U drugom, inaktivacija "N'-tipa, naponski K+ kanali se inaktiviraju nakon otvaranja, ulazeći u prepoznatljivu, zatvorenu konformaciju. U ovoj inaktiviranoj konformaciji, kanal se ne može otvoriti, čak i ako je transmembranski napon povoljan. Amino terminalni domen K+ kanala ili pomoćni protein može posredovati u inaktivaciji "N-tipa". Mehanizam ovog tipa inaktivacije opisan je kao model "lopte i lanca", gdje N-terminal proteina formira loptu koja je vezana za ostatak proteina preklo petlja (lanca).[10] The tethered ball blocks the inner porehole, preventing ion movement through the channel.[11][12]

Farmakologija

uredi

Za blokatore i aktivatore naponskih kalijskih kanala pogledajte: blokator kalijskih kanala i otvarač kalijskih kanala.

Također pogledajte

uredi

Reference

uredi
  1. ^ Gutman GA, Chandy KG, Grissmer S, Lazdunski M, McKinnon D, Pardo LA, Robertson GA, Rudy B, Sanguinetti MC, Stühmer W, Wang X (decembar 2005). "International Union of Pharmacology. LIII. Nomenclature and molecular relationships of voltage-gated potassium channels". Pharmacological Reviews. 57 (4): 473–508. doi:10.1124/pr.57.4.10. PMID 16382104. S2CID 219195192.
  2. ^ Pongs O, Leicher T, Berger M, Roeper J, Bähring R, Wray D, Giese KP, Silva AJ, Storm JF (april 1999). "Functional and molecular aspects of voltage-gated K+ channel beta subunits". Annals of the New York Academy of Sciences. 868 (Apr 30): 344–55. Bibcode:1999NYASA.868..344P. doi:10.1111/j.1749-6632.1999.tb11296.x. PMID 10414304. S2CID 21621084.
  3. ^ Li Y, Um SY, McDonald TV (juni 2006). "Voltage-gated potassium channels: regulation by accessory subunits". The Neuroscientist. 12 (3): 199–210. doi:10.1177/1073858406287717. PMID 16684966. S2CID 24418687.
  4. ^ Zhang M, Jiang M, Tseng GN (maj 2001). "minK-related peptide 1 associates with Kv4.2 and modulates its gating function: potential role as beta subunit of cardiac transient outward channel?". Circulation Research. 88 (10): 1012–9. doi:10.1161/hh1001.090839. PMID 11375270.
  5. ^ McCrossan ZA, Abbott GW (novembar 2004). "The MinK-related peptides". Neuropharmacology. 47 (6): 787–821. doi:10.1016/j.neuropharm.2004.06.018. PMID 15527815. S2CID 41340789.
  6. ^ Anantharam A, Abbott GW (2005). Does hERG coassemble with a beta subunit? Evidence for roles of MinK and MiRP1. Novartis Foundation Symposium. Novartis Foundation Symposia. 266. str. 100–12, discussion 112–7, 155–8. doi:10.1002/047002142X.fmatter. ISBN 9780470021408. PMID 16050264.
  7. ^ Yellen G (septembar 2002). "The voltage-gated potassium channels and their relatives". Nature. 419 (6902): 35–42. doi:10.1038/nature00978. PMID 12214225. S2CID 4420877.
  8. ^ Long SB, Campbell EB, Mackinnon R (august 2005). "Crystal structure of a mammalian voltage-dependent Shaker family K+ channel". Science. 309 (5736): 897–903. Bibcode:2005Sci...309..897L. doi:10.1126/science.1116269. PMID 16002581. S2CID 6072007.
  9. ^ Lee SY, Lee A, Chen J, MacKinnon R (oktobar 2005). "Structure of the KvAP voltage-dependent K+ channel and its dependence on the lipid membrane". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 102 (43): 15441–6. Bibcode:2005PNAS..10215441L. doi:10.1073/pnas.0507651102. PMC 1253646. PMID 16223877.
  10. ^ Antz C, Fakler B (august 1998). "Fast Inactivation of Voltage-Gated K(+) Channels: From Cartoon to Structure" (PDF). News in Physiological Sciences. 13 (4): 177–182. doi:10.1152/physiologyonline.1998.13.4.177. PMID 11390785.[mrtav link]
  11. ^ Armstrong CM, Bezanilla F (april 1973). "Currents related to movement of the gating particles of the sodium channels". Nature. 242 (5398): 459–61. Bibcode:1973Natur.242..459A. doi:10.1038/242459a0. PMID 4700900. S2CID 4261606.
  12. ^ Murrell-Lagnado RD, Aldrich RW (decembar 1993). "Energetics of Shaker K channels block by inactivation peptides". The Journal of General Physiology. 102 (6): 977–1003. doi:10.1085/jgp.102.6.977. PMC 2229186. PMID 8133246.

Vanjski linkovi

uredi


Šablon:Kanalski blokatori

Preuzeto iz "https://bs.wikipedia.org/w/index.php?title=Naponom_usmjereni_kalijski_kanal&oldid=3604556"