Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Эукариотический калиевый канал
2r9r opm.png
Калиевый канал, структура в мембраноподобной среде. Расчетные углеводородные границы липидного бислоя обозначены красными и синими точками.
Идентификаторы
СимволIon_trans
PfamPF00520
ИнтерПроIPR005821
SCOP21bl8 / SCOPe / SUPFAM
TCDB1.A.1
OPM суперсемейство8
Белок OPM2a79
Мембранома217
Доступные белковые структуры:
Pfam  структуры / ECOD  
PDBRCSB PDB ; PDBe ; PDBj
PDBsumкраткое изложение структуры
Ионный канал (бактериальный)
1r3j.png
Калиевый канал KcsA. Расчетные углеводородные границы липидного бислоя обозначены красными и синими точками.
Идентификаторы
СимволIon_trans_2
PfamPF07885
ИнтерПроIPR013099
SCOP21bl8 / SCOPe / SUPFAM
Белок OPM1r3j
Доступные белковые структуры:
Pfam  структуры / ECOD  
PDBRCSB PDB ; PDBe ; PDBj
PDBsumкраткое изложение структуры
Медленно-потенциалзависимый калиевый канал (Калиевый канал, потенциалозависимый, бета-субъединица, KCNE)
Идентификаторы
СимволISK_Channel
PfamPF02060
ИнтерПроIPR000369
TCDB8.A.10
Мембранома218
Доступные белковые структуры:
Pfam  структуры / ECOD  
PDBRCSB PDB ; PDBe ; PDBj
PDBsumкраткое изложение структуры
KCNQ потенциалзависимый калиевый канал
Идентификаторы
СимволKCNQ_channel
PfamPF03520
ИнтерПроIPR013821
Доступные белковые структуры:
Pfam  структуры / ECOD  
PDBRCSB PDB ; PDBe ; PDBj
PDBsumкраткое изложение структуры
Kv2 канал K + с синхронизацией по напряжению
Идентификаторы
СимволKv2channel
PfamPF03521
ИнтерПроIPR003973
Доступные белковые структуры:
Pfam  структуры / ECOD  
PDBRCSB PDB ; PDBe ; PDBj
PDBsumкраткое изложение структуры

Управляемые напряжением калиевые каналы ( VGKC ) - это трансмембранные каналы, специфичные для калия и чувствительные к изменениям напряжения в мембранном потенциале клетки . Во время потенциалов действия они играют решающую роль в возвращении деполяризованной клетки в состояние покоя.

Классификация [ править ]

Альфа-подразделения [ править ]

Альфа-субъединицы образуют настоящую пору проводимости. На основании гомологии последовательностей гидрофобных трансмембранных ядер альфа-субъединицы потенциалзависимых калиевых каналов сгруппированы в 12 классов. Они обозначены как K v α1-12. [1] Ниже приводится список из 40 известных альфа-субъединиц потенциалзависимого калиевого канала человека, сначала сгруппированных по функциям, а затем подгруппированных в соответствии со схемой классификации гомологии последовательностей K v :

Выпрямитель с задержкой [ править ]

медленно инактивируется или не инактивируется

  • K v α1.x - связанные с шейкером : K v 1.1 ( KCNA1 ), K v 1.2 ( KCNA2 ), K v 1.3 ( KCNA3 ), K v 1.5 ( KCNA5 ), K v 1.6 ( KCNA6 ), K v 1.7 ( KCNA7) ), K v 1.8 ( KCNA10 )
  • K v α2.x - связанные с Шабом: K v 2.1 ( KCNB1 ), K v 2.2 ( KCNB2 )
  • K v α3.x - связанные с Шоу: K v 3.1 ( KCNC1 ), K v 3.2 ( KCNC2 )
  • K v α7.x: K v 7,1 ( KCNQ1 ) - KvLQT1 , K v 7,2 ( KCNQ2 ), K v 7,3 ( KCNQ3 ), K v 7,4 ( KCNQ4 ), K v 7,5 ( KCNQ5 )
  • K v α10.x: K v 10.1 ( KCNH1 )

Калиевый канал А-типа [ править ]

быстро инактивируется

  • K v α1.x - Связано с шейкером: K v 1.4 ( KCNA4 )
  • K v α4.x - связанные с Shal: K v 4.1 ( KCND1 ), K v 4.2 ( KCND2 ), K v 4.3 ( KCND3 )

Внешнее исправление [ править ]

  • K v α10.x: K v 10,2 ( KCNH5 )

Внутренне-исправляющий [ править ]

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

  • K v α11.x - эфирные калиевые каналы : K v 11,1 ( KCNH2 ) - hERG , K v 11,2 ( KCNH6 ), K v 11,3 ( KCNH7 )

Медленно активируется [ править ]

  • K v α12.x: K v 12,1 ( KCNH8 ), K v 12,2 ( KCNH3 ), K v 12,3 ( KCNH4 )

Модификатор / глушитель [ править ]

Невозможно сформировать функциональные каналы как гомотетрамеры, но вместо этого они гетеротетрамеризуются с членами семейства K v α2 с образованием проводящих каналов.

  • K v α5.x: K v 5,1 ( KCNF1 )
  • K против α6.x: K против 6,1 ( KCNG1 ), K против 6,2 ( KCNG2 ), K против 6,3 ( KCNG3 ), K против 6,4 ( KCNG4 )
  • K против α8.x: K против 8,1 ( KCNV1 ), K против 8,2 ( KCNV2 )
  • K против α9.x: K против 9,1 ( KCNS1 ), K против 9,2 ( KCNS2 ), K против 9,3 ( KCNS3 )

Бета-подразделения [ править ]

Бета-субъединицы - это вспомогательные белки, которые связаны с альфа-субъединицами, иногда в стехиометрии α 4 β 4 . [2] Эти субъединицы не проводят ток сами по себе, а скорее модулируют активность каналов K v . [3]

  • K v β1 ( KCNAB1 )
  • K v β2 ( KCNAB2 )
  • K v β3 ( KCNAB3 )
  • minK [4] ( KCNE1 )
  • MiRP1 [5] ( KCNE2 )
  • MiRP2 ( KCNE3 )
  • MiRP3 ( KCNE4 )
  • KCNE1-подобный ( KCNE1L )
  • KCNIP1 ( KCNIP1 )
  • KCNIP2 ( KCNIP2 )
  • KCNIP3 ( KCNIP3 )
  • KCNIP4 ( KCNIP4 )

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

Исследования на животных [ править ]

Управляемые по напряжению K + каналы, которые обеспечивают выходящие токи потенциалов действия, имеют сходство с бактериальными K + каналами.

Эти каналы были изучены методом дифракции рентгеновских лучей , что позволило определить структурные особенности с атомным разрешением.

Функция этих каналов изучается электрофизиологическими исследованиями.

Генетические подходы включают скрининг изменений поведения у животных с мутациями в генах K + -каналов. Такие генетические методы позволили генетическую идентификацию гена K + канала "Shaker" у дрозофилы до того, как последовательности генов ионных каналов стали хорошо известны.

Изучение измененных свойств белков потенциал-управляемых каналов K +, продуцируемых мутировавшими генами, помогло выявить функциональную роль доменов белков K + каналов и даже отдельных аминокислот в их структурах.

Структура [ править ]

Обычно потенциал-управляемые K + каналы позвоночных представляют собой тетрамеры четырех идентичных субъединиц, расположенных в виде кольца, каждая из которых вносит свой вклад в стенку трансмембранной K + поры. Каждая субъединица состоит из шести мембран, охватывающих гидрофобные α-спиральные последовательности , а также датчика напряжения в S4. Внутриклеточная сторона мембраны содержит как амино-, так и карбокси-концы. [7] Высокое разрешение кристаллографической структуры крысы К v α1.2 / & beta ; 2 канала недавно была решена (протеин банк данных , инвентарный номер 2A79 ), [8] , а затем уточнены в липидную мембрану-среде ( PDB : 2r9r ).

Избирательность [ править ]

Основная статья: Калиевый канал § Фильтр селективности

Управляемые по напряжению каналы K + избирательны для K + по сравнению с другими катионами, такими как Na + . В самой узкой части трансмембранной поры имеется фильтр селективности.

Исследования мутаций каналов выявили те части субъединиц, которые важны для ионной селективности. Они включают аминокислотную последовательность (Thr-Val-Gly-Tyr-Gly) или (Thr-Val-Gly-Phe-Gly), типичную для фильтра селективности потенциал-управляемых K + каналов. Когда K + проходит через поры, взаимодействия между ионами калия и молекулами воды предотвращаются, и K + взаимодействует со специфическими атомными компонентами последовательностей Thr-Val-Gly- [YF] -Gly из четырехканальных субъединиц [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 взаимодействия вода-K + заменяются взаимодействиями между K + и карбонильными группами белка канала. Диаметр фильтра селективности идеален для катиона калия, но слишком велик для катиона натрия меньшего размера. 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 [ править ]

Структура потенциалзависимого K + у млекопитающихканал 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. Тем не мение,степень их движения и их перемещение через трансмембранный потенциал является предметом широких дискуссий.[9] Были идентифицированы определенные области 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 пору канала и заставляют эту пору открываться или закрываться. Во втором, инактивация "N-типа" , потенциалзависимый K +каналы деактивируются после открытия, переходя в характерную закрытую форму. В этой инактивированной конформации канал не может открыться, даже если трансмембранное напряжение благоприятно. Аминоконцевой домен К + канала или вспомогательный белок может опосредовать инактивацию «N-типа». Механизм этого типа инактивации был описан как модель «шар и цепь», где N-конец белка образует шар, который привязан к остальной части белка через петлю (цепь). [10] Привязанный шар блокирует внутреннюю поровую скважину, предотвращая движение ионов через канал. [11] [12]

Фармакология [ править ]

Для блокаторов и активаторов напряжения закрытого калиевых каналов см: калиевый канал блокатор и калиевых каналов .

См. Также [ править ]

  • Ионный канал
  • Домен тетрамеризации калиевого канала
  • Семейство ионных каналов

Ссылки [ править ]

  1. ^ Гутман Г.А., Чанди КГ, Grissmer S, Lazdunski М, Маккиннона Д, Пардо Л.А., Робертсон Г.А., Rudy В, Сэнгуинетти МС, Stühmer Вт, Ван Х (декабрь 2005). "Международный союз фармакологии. LIII. Номенклатура и молекулярные отношения потенциалзависимых калиевых каналов". Фармакологические обзоры . 57 (4): 473–508. DOI : 10,1124 / pr.57.4.10 . PMID  16382104 .
  2. ^ Pongs О, Leicher Т, Бергер М, Роепер Дж, Bähring R, Врэй D, Гис КП, Сильва AJ, Storm ДФ (апрель 1999 г.). «Функциональные и молекулярные аспекты потенциал-управляемых бета-субъединиц K + канала». Летопись Нью-Йоркской академии наук . 868 (30 апреля): 344–55. DOI : 10.1111 / j.1749-6632.1999.tb11296.x . PMID 10414304 . 
  3. ↑ Li Y, Um SY, McDonald TV (июнь 2006 г.). «Напряжение-управляемые калиевые каналы: регулирование вспомогательными субъединицами». Невролог . 12 (3): 199–210. DOI : 10.1177 / 1073858406287717 . PMID 16684966 . 
  4. ↑ Zhang M, Jiang M, Tseng GN (май 2001 г.). «МинК-родственный пептид 1 связывается с Kv4.2 и модулирует его стробирующую функцию: потенциальная роль в качестве бета-субъединицы сердечного транзиторного внешнего канала? . Циркуляционные исследования . 88 (10): 1012–9. DOI : 10.1161 / hh1001.090839 . PMID 11375270 . 
  5. ^ McCrossan ZA, Abbott GW (ноябрь 2004). «Пептиды, родственные MinK». Нейрофармакология . 47 (6): 787–821. DOI : 10.1016 / j.neuropharm.2004.06.018 . PMID 15527815 . 
  6. ^ Anantharam A, Abbott GW (2005). Совместима 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. DOI : 10.1002 / 047002142X.fmatter . ISBN 9780470021408. PMID  16050264 .
  7. ^ Йеллен G (сентябрь 2002). «Напряжения калиевые каналы и их родственники». Природа . 419 (6902): 35–42. DOI : 10,1038 / природа00978 . PMID 12214225 . 
  8. Перейти ↑ Long SB, Campbell EB, Mackinnon R (август 2005 г.). "Кристаллическая структура зависимого от напряжения канала K + семейства шейкер" у млекопитающих ". Наука . 309 (5736): 897–903. DOI : 10.1126 / science.1116269 . PMID 16002581 . 
  9. ↑ Lee SY, Lee A, Chen J, MacKinnon R (октябрь 2005 г.). «Структура потенциал-зависимого K + канала KvAP и его зависимость от липидной мембраны» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 102 (43): 15441–6. DOI : 10.1073 / pnas.0507651102 . PMC 1253646 . PMID 16223877 .  
  10. ^ Antz C, Fakler B (август 1998). «Быстрая инактивация управляемых напряжением K (+) каналов: от мультфильма к структуре» (PDF) . Новости физиологических наук . 13 (4): 177–182. DOI : 10.1152 / Physiologyonline.1998.13.4.177 . PMID 11390785 .  
  11. ^ Армстронг CM, Безанилла F (апрель 1973). «Токи, связанные с движением запирающих частиц натриевых каналов». Природа . 242 (5398): 459–61. DOI : 10.1038 / 242459a0 . PMID 4700900 . 
  12. ^ Мюррелл-Lagnado RD, Aldrich RW (декабрь 1993). «Энергетика блокировки К каналов шейкер за счет инактивации пептидов» . Журнал общей физиологии . 102 (6): 977–1003. DOI : 10,1085 / jgp.102.6.977 . PMC 2229186 . PMID 8133246 .  

Внешние ссылки [ править ]

  • Каналы с ограничением по напряжению + калий + в национальных медицинских предметных рубриках Национальной медицинской библиотеки США (MeSH)
  • «Калиевые каналы с регулируемым напряжением» . База данных рецепторов и ионных каналов IUPHAR . Международный союз фундаментальной и клинической фармакологии.
  • Ли Б., Галлин В. Дж. (Январь 2004 г.). «VKCDB: база данных потенциалозависимых калиевых каналов» . BMC Bioinformatics . 5 : 3. DOI : 10,1186 / 1471-2105-5-3 . PMC  317694 . PMID  14715090 .
  • "База данных напряженно-управляемых калиевых каналов (VKCDB)" на сайте ualberta.ca
  • UMich Ориентация белков в мембранах семейства / суперсемейство-8 - Пространственные положения потенциалзависимых калиевых каналов в мембранах