Калиевый канал с регулируемым напряжением - Voltage-gated potassium channel

Эукариотический калиевый канал
2r9r opm.png
Калиевый канал, структура в мембраноподобной среде. Расчетные углеводородные границы липидный бислой обозначаются красными и синими точками.
Идентификаторы
СимволIon_trans
PfamPF00520
ИнтерПроIPR005821
SCOP21bl8 / Объем / СУПФАМ
TCDB1.A.1
OPM суперсемейство8
Белок OPM2a79
Мембранома217
Ионный канал (бактериальный)
1r3j.png
Калиевый канал KcsA. Расчетные углеводородные границы липидный бислой обозначаются красными и синими точками.
Идентификаторы
СимволIon_trans_2
PfamPF07885
ИнтерПроIPR013099
SCOP21bl8 / Объем / СУПФАМ
Белок OPM1r3j
Медленный потенциал-зависимый калиевый канал (Калиевый канал, потенциалозависимый, бета-субъединица, KCNE)
Идентификаторы
СимволISK_Channel
PfamPF02060
ИнтерПроIPR000369
TCDB8.A.10
Мембранома218
KCNQ потенциалзависимый калиевый канал
Идентификаторы
СимволKCNQ_channel
PfamPF03520
ИнтерПроIPR013821
Kv2 канал K + с синхронизацией по напряжению
Идентификаторы
СимволKv2channel
PfamPF03521
ИнтерПроIPR003973

Калиевые каналы, управляемые напряжением (VGKCs) находятся трансмембранные каналы, специфичные для калия и чувствителен к изменениям напряжения в камере мембранный потенциал. В течение потенциалы действия, они играют решающую роль в возвращении деполяризованной клетки в состояние покоя.

Классификация

Альфа-субъединицы

Альфа-субъединицы образуют настоящую пору проводимости. На основании гомологии последовательностей гидрофобных трансмембранных ядер альфа-субъединицы потенциалзависимых калиевых каналов сгруппированы в 12 классов. Они помечены как Kvα1-12.[1] Ниже приведен список 40 известных альфа-субъединиц потенциалзависимого калиевого канала человека, сначала сгруппированных по функциям, а затем подгруппированных в соответствии с Kv Схема классификации гомологии последовательностей:

Выпрямитель с задержкой

медленно инактивируется или не инактивируется

Калиевый канал А-типа

быстро инактивируется

  • Kvα1.x - Связанный с шейкер: Kv1.4 (KCNA4 )
  • Kvα4.x - Связанные с Shal: Kv4.1 (KCND1 ), Кv4.2 (KCND2 ), Кv4.3 (KCND3 )

Наружно-выпрямляющий

  • Kvα10.x: Kv10.2 (KCNH5 )

Внутренне-выпрямляющий

Легче пропускает ток во внутрь (внутрь клетки, снаружи).

Медленно активируется

Модификатор / глушитель

Невозможно сформировать функциональные каналы в виде гомотетрамеров, но вместо этого они гетеротетрамеризуются с Kvчлены семейства α2 образуют проводящие каналы.

Бета-субъединицы

Бета-субъединицы - это вспомогательные белки, которые связаны с альфа-субъединицами, иногда в альфа-субъединицах.4β4 стехиометрия.[2] Эти субъединицы не проводят ток сами по себе, а, скорее, модулируют активность Kv каналы.[3]

Белки minK и MiRP1 являются предполагаемыми бета-субъединицами hERG.[6]

Исследования на животных

Управляемый по напряжению K+ каналы, обеспечивающие выходящие токи потенциалы действия имеют сходство с бактериальным K+ каналы.

Эти каналы были изучены дифракция рентгеновских лучей, позволяющий определять структурные особенности при атомном разрешении.

Функции этих каналов исследуются электрофизиологический исследования.

Генетические подходы включают скрининг изменений поведения у животных с мутациями в K+ канальные гены. Такие генетические методы позволили генетически идентифицировать «Шейкер» К.+ канал гена в Дрозофила до того, как последовательности генов ионных каналов были хорошо известны.

Исследование измененных свойств потенциалзависимого K+ канальные белки, продуцируемые мутировавшими генами, помогли выявить функциональную роль K+ канальные белковые домены и даже отдельные аминокислоты в их структурах.

Структура

Как правило, потенциалзависимый K+ каналы представляют собой тетрамеры четырех идентичных субъединиц, расположенных в виде кольца, каждое из которых вносит вклад в стенку трансмембраны K+ поры. Каждая субъединица состоит из шести мембран, охватывающих гидрофобный α-спиральные последовательности, а также датчик напряжения в S4. Внутриклеточная сторона мембраны содержит как амино-, так и карбоксиконцы.[7] Кристаллографическая структура высокого разрешения крысы KvКанал α1.2 / β2 недавно был обнаружен (регистрационный номер банка данных белков 2A79​),[8] а затем очищены в липидной мембраноподобной среде (PDB: 2r9r​).

Селективность

Основная статья: Калиевый канал § Фильтр селективности

С управлением по напряжению K+ каналы селективны по K+ над другими катионы такие как Na+. В самой узкой части трансмембранной поры имеется фильтр селективности.

Исследования мутации каналов выявили те части субъединиц, которые важны для ионной селективности. Они включают аминокислота последовательность (Thr-Val-Gly-Tyr-Gly) или (Thr-Val-Gly-Phe-Gly), типичная для фильтра селективности потенциалзависимого K+ каналы. Просить+ проходит через поры, взаимодействие между ионами калия и молекулами воды предотвращается и K+ взаимодействует со специфическими атомарными компонентами последовательностей Thr-Val-Gly- [YF] -Gly из четырех субъединиц канала [1].

Может показаться нелогичным, что канал должен пропускать ионы калия, но не более мелкие ионы натрия. Однако в водной среде катионы калия и натрия сольватируются молекулами воды. При прохождении через фильтр селективности калиевого канала вода-К+ взаимодействия заменяются взаимодействиями между K+ и карбонильные группы канального белка. Диаметр селективного фильтра идеален для катиона калия, но слишком велик для меньшего катиона натрия. Следовательно, катионы калия хорошо «сольватированы» карбонильными группами белка, но эти же самые карбонильные группы находятся слишком далеко друг от друга, чтобы адекватно сольватировать катион натрия. Следовательно, прохождение катионов калия через этот селективный фильтр в большей степени предпочтительнее, чем катионы натрия.

Открытые и закрытые конформации

Структура потенциалзависимого K+ канал был использован для объяснения его способности реагировать на напряжение через мембрану. При открытии канала конформационные изменения в доменах датчика напряжения (VSD) приводят к переносу 12-13 элементарных зарядов через электрическое поле мембраны. Этот перенос заряда измеряется как переходный емкостной ток, который предшествует открытию канала. Известно, что несколько заряженных остатков VSD, в частности, четыре остатка аргинина, регулярно расположенные в каждой третьей позиции сегмента S4, перемещаются через трансмембранное поле и вносят вклад в стробирующий заряд. Положение этих аргининов, известное как стробирующие аргинины, высоко консервативно во всех потенциалзависимых калиевых, натриевых или кальциевых каналах. Однако степень их движения и их смещение через трансмембранный потенциал является предметом обширных дискуссий.[9] Были идентифицированы определенные домены субъединиц канала, которые отвечают за определение напряжения и преобразование между открытой и закрытой формами канала. Есть как минимум две закрытые конформации. В первом случае канал может открыться, если мембранный потенциал станет более положительным. Этот тип стробирования обеспечивается доменом, чувствительным к напряжению, который состоит из альфа-спирали S4, содержащей 6-7 положительных зарядов. Изменения мембранного потенциала заставляют эту альфа-спираль перемещаться в липидном бислое. Это движение, в свою очередь, приводит к конформационным изменениям в соседних спиралях S5-S6, которые формируют поры канала и заставляют эту пору открываться или закрываться. В секунду, Инактивация "N-типа", напряжение закрытого типа K+ каналы деактивируются после открытия, приобретая характерную закрытую форму. В этой инактивированной конформации канал не может открыться, даже если трансмембранное напряжение благоприятно. Аминоконцевой домен K+ канал или вспомогательный белок могут опосредовать инактивацию «N-типа». Механизм этого типа инактивации был описан как модель «шарик и цепь», где N-конец белка образует шар, который привязан к остальной части белка через петлю (цепь).[10] Привязанный шар блокирует внутреннее отверстие, предотвращая движение ионов через канал.[11][12]

Фармакология

О блокаторах и активаторах потенциалозависимых калиевых каналов см .: блокатор калиевых каналов и открыватель калиевых каналов.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Гутман Г.А., Чанди К.Г., Гриссмер С., Лаздунски М., Маккиннон Д., Пардо Л.А., Робертсон Г.А., Руди Б., Сангинетти М.С., Штюмер В., Ван X (декабрь 2005 г.). "Международный союз фармакологии. LIII. Номенклатура и молекулярные отношения потенциалзависимых калиевых каналов". Фармакологические обзоры. 57 (4): 473–508. Дои:10.1124 / пр.57.4.10. PMID  16382104.
  2. ^ Понгс О., Лейхер Т., Бергер М., Ропер Дж., Бэринг Р., Рэй Д., Гизе К.П., Сильва А.Дж., Сторм Дж. Ф. (апрель 1999 г.). «Функциональные и молекулярные аспекты потенциал-управляемых бета-субъединиц K + канала». Летопись Нью-Йоркской академии наук. 868 (30 апреля): 344–55. Дои:10.1111 / j.1749-6632.1999.tb11296.x. PMID  10414304.
  3. ^ Ли И, Ум С.Ю., McDonald TV (июнь 2006 г.). «Напряжение-управляемые калиевые каналы: регулирование вспомогательными подразделениями». Нейробиолог. 12 (3): 199–210. Дои:10.1177/1073858406287717. PMID  16684966.
  4. ^ Чжан М., Цзян М., Цзэн Г. Н. (май 2001 г.). «minK-родственный пептид 1 связывается с Kv4.2 и модулирует его стробирующую функцию: потенциальная роль в качестве бета-субъединицы кардиального транзиторного наружного канала?». Циркуляционные исследования. 88 (10): 1012–9. Дои:10.1161 / чч1001.090839. PMID  11375270.
  5. ^ Маккроссан З.А., Эбботт Г.В. (ноябрь 2004 г.). «Пептиды, родственные MinK». Нейрофармакология. 47 (6): 787–821. Дои:10.1016 / j.neuropharm.2004.06.018. PMID  15527815.
  6. ^ Анантарам А, Эбботт Г.В. (2005). Совместно ли hERG с бета-субъединицей? Доказательства ролей MinK и MiRP1. Симпозиум Фонда Новартис. Симпозиумы Фонда Новартис. 266. С. 100–12, обсуждение 112–7, 155–8. Дои:10.1002 / 047002142X.fmatter. ISBN  9780470021408. PMID  16050264.
  7. ^ Йеллен Дж. (Сентябрь 2002 г.). «Напряжения калиевые каналы и их родственники». Природа. 419 (6902): 35–42. Дои:10.1038 / природа00978. PMID  12214225.
  8. ^ Лонг С.Б., Кэмпбелл Э.Б., Маккиннон Р. (август 2005 г.). «Кристаллическая структура зависимого от напряжения канала K + семейства шейкер-шейкеров млекопитающих». Наука. 309 (5736): 897–903. Дои:10.1126 / science.1116269. PMID  16002581.
  9. ^ Ли С.Ю., Ли А., Чен Дж., Маккиннон Р. (октябрь 2005 г.). «Структура потенциал-зависимого K + канала KvAP и ее зависимость от липидной мембраны». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 102 (43): 15441–6. Дои:10.1073 / pnas.0507651102. ЧВК  1253646. PMID  16223877.
  10. ^ Antz C, Fakler B (август 1998 г.). «Быстрая инактивация управляемых напряжением K (+) каналов: от мультфильма к структуре» (PDF). Новости физиологических наук. 13 (4): 177–182. Дои:10.1152 / Physiologyonline.1998.13.4.177. PMID  11390785.
  11. ^ Армстронг CM, Безанилла Ф (апрель 1973 г.). «Токи, связанные с движением запирающих частиц натриевых каналов». Природа. 242 (5398): 459–61. Дои:10.1038 / 242459a0. PMID  4700900.
  12. ^ Муррелл-Лагнадо Р. Д., Олдрич Р. В. (декабрь 1993 г.). «Энергетика блокирования K каналов шейкера инактивацией пептидов». Журнал общей физиологии. 102 (6): 977–1003. Дои:10.1085 / jgp.102.6.977. ЧВК  2229186. PMID  8133246.

внешняя ссылка