Потенциал-управляемый калиевый канал
| Эукариотический калиевый канал | |||
|---|---|---|---|
 Калиевый канал, структура в мембраноподобной среде. Рассчитанные углеводородные границы липидного бислоя обозначены красными и синими точками. | |||
| Идентификаторы | |||
| Символ | Ион_транс | ||
| Пфам | PF00520 | ||
| ИнтерПро | ИПР005821 | ||
| ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ 2 | 1бл8 / СКОПе / СУПФАМ | ||
| TCDB | 1.А.1 | ||
| Суперсемейство OPM | 8 | ||
| белок OPM | 2а79 | ||
| Мембраном | 217 | ||
| |||
| Ионный канал (бактериальный) | |||
|---|---|---|---|
 Калиевый канал KcsA. Рассчитанные углеводородные границы липидного бислоя обозначены красными и синими точками. | |||
| Идентификаторы | |||
| Символ | Ион_транс_2 | ||
| Пфам | PF07885 | ||
| ИнтерПро | ИПР013099 | ||
| ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ 2 | 1бл8 / СКОПе / СУПФАМ | ||
| белок OPM | 1r3j | ||
| |||
| Медленный потенциалзависимый калиевый канал (калиевый канал, потенциалзависимый, бета-субъединица, KCNE) | |||
|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||
| Символ | ISK_Канал | ||
| Пфам | PF02060 | ||
| ИнтерПро | IPR000369 | ||
| TCDB | 8.А.10 | ||
| Мембраном | 218 | ||
| |||
| KCNQ потенциалзависимый калиевый канал | |||
|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||
| Символ | KCNQ_канал | ||
| Пфам | PF03520 | ||
| ИнтерПро | ИПР013821 | ||
| |||
| Kv2 потенциал-зависимый канал K+ | |||
|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||
| Символ | канал Kv2 | ||
| Пфам | PF03521 | ||
| ИнтерПро | ИПР003973 | ||
| |||
Потенциал-управляемые калиевые каналы ( VGKC ) представляют собой трансмембранные каналы, специфичные для калия и чувствительные к изменениям напряжения клетки мембранного потенциала . Во время потенциалов действия они играют решающую роль в возвращении деполяризованной клетки в состояние покоя.
Классификация
[ редактировать ]Альфа-субъединицы
[ редактировать ]Альфа-субъединицы образуют настоящую пору проводимости. На основании гомологии последовательностей гидрофобных трансмембранных ядер альфа-субъединицы потенциалзависимых калиевых каналов сгруппированы в 12 классов. Они обозначены K v α1-12. [1] Ниже приводится список из 40 известных альфа-субъединиц потенциалзависимых калиевых каналов человека, сгруппированных сначала по функциям, а затем подгруппированных в соответствии со K v схемой классификации гомологии последовательностей :
Выпрямитель с задержкой
[ редактировать ]медленно инактивирующийся или неинактивирующийся
- 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 ) . ), К 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 )
- К v α7.x: К v 7.1 ( KCNQ1 ) - KvLQT1 , К v 7.2 ( KCNQ2 ), К v 7.3 ( KCNQ3 ), К v 7.4 ( KCNQ4 ), К v 7.5 ( KCNQ5 )
- К v α10.x: К v 10,1 ( KCNH1 )
Калиевый канал А-типа
[ редактировать ]быстро инактивирующий
- 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
[ редактировать ]- К v α10.x: K v 10,2 ( KCNH5 )
Внутренне-исправляющийся
[ редактировать ]Легче пропускает ток внутрь (в клетку, снаружи).
- K v α11.x — эфир-а-гоу-гоу калиевые каналы : K v 11.1 ( KCNH2 ) — hERG , K v 11.2 ( KCNH6 ), K v 11.3 ( KCNH7 )
Медленно активируем
[ редактировать ]Модификатор/глушитель
[ редактировать ]Неспособен формировать функциональные каналы в качестве гомотетрамеров, но вместо этого гетеротетрамеризуется с членами семейства K v α2 с образованием проводящих каналов.
- К v α5.x: K v 5.1 ( KCNF1 )
- К v α6.x: К v 6,1 ( KCNG1 ), K v 6,2 ( KCNG2 ), K v 6,3 ( KCNG3 ), K v 6,4 ( KCNG4 )
- К в α8.x: К в 8.1 ( KCNV1 ), К в 8.2 ( KCNV2 )
- К v α9.x: К v 9,1 ( KCNS1 ), K v 9,2 ( KCNS2 ), K v 9,3 ( KCNS3 );
Бета-субъединицы
[ редактировать ]Бета-субъединицы представляют собой вспомогательные белки, которые связываются с альфа-субъединицами, иногда в α 4 β 4 стехиометрии . [2] Эти субъединицы не проводят ток сами по себе, а скорее модулируют активность Kv - каналов. [3]
- К v β1 ( KCNAB1 )
- К v β2 ( KCNAB2 )
- К v β3 ( KCNAB3 )
- минК [4] ( КСНЕ1 )
- МиРП1 [5] ( КСНЕ2 )
- МиРП2 ( KCNE3 )
- МиРП3 ( KCNE4 )
- KCNE1-подобный ( KCNE1L )
- КЦНИП1 ( КЦНИП1 )
- КЦНИП2 ( КЦНИП2 )
- КЦНИП3 ( КЦНИП3 )
- КЦНИП4 ( КЦНИП4 )
Белки minK и MiRP1 являются предполагаемыми бета-субъединицами hERG. [6]
Исследования на животных
[ редактировать ]Потенциал-управляемый K + каналы, обеспечивающие ток потенциалов действия наружу, имеют сходство с бактериальными K + каналы.
Эти каналы были изучены методом рентгеновской дифракции , что позволило определить структурные особенности с атомным разрешением.
Функция этих каналов изучается электрофизиологическими исследованиями.
Генетические подходы включают скрининг поведенческих изменений у животных с мутациями K + гены каналов. Такие генетические методы позволили генетическую идентификацию «Шейкера» К. + гена канала у дрозофилы до того, как были хорошо известны последовательности гена ионного канала.
Исследование измененных свойств потенциалзависимого K + белки каналов, продуцируемые мутировавшими генами, помогли раскрыть функциональную роль K + направляющие белковые домены и даже отдельные аминокислоты в их структурах.
Структура
[ редактировать ]Обычно потенциалзависимый K у позвоночных + каналы представляют собой тетрамеры четырех идентичных субъединиц, расположенных в виде кольца, каждая из которых вносит вклад в стенку трансмембранного К. + пора. Каждая субъединица состоит из шести мембранных гидрофобных α-спиральных последовательностей , а также датчика напряжения в S4. Внутриклеточная сторона мембраны содержит как амино-, так и карбокси-концы. [7] кристаллографическая структура канала K v Недавно была решена α1.2/β2 крысы с высоким разрешением (номер доступа в банк данных белков 2A79 ), [8] а затем рафинирован в липидной мембраноподобной среде ( PDB : 2r9r ).
Селективность
[ редактировать ]Напряжение-управляемый K + каналы избирательны по K + по сравнению с другими катионами, такими как Na + . В самой узкой части трансмембранной поры находится селективный фильтр.
Исследования мутаций каналов выявили части субъединиц, которые необходимы для селективности ионов. Они включают аминокислотную последовательность (Thr-Val-Gly-Tyr-Gly) или (Thr-Val-Gly-Phe-Gly), типичную для селективного фильтра потенциалзависимого K. + каналы. Просить + проходит через пору, взаимодействие между ионами калия и молекулами воды предотвращается и K + взаимодействует со специфическими атомными компонентами последовательностей Thr-Val-Gly-[YF]-Gly из четырех канальных 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 движении через селективный фильтр калиевого канала вода-К + взаимодействия заменяются взаимодействиями между K + и карбонильные группы белка канала. Диаметр селективного фильтра идеален для катиона калия, но слишком велик для меньшего катиона натрия. Следовательно, катионы калия хорошо «сольватируются» карбонильными группами белка, но эти же карбонильные группы расположены слишком далеко друг от друга, чтобы адекватно сольватировать катион натрия. Следовательно, катионы калия проходят через этот селективный фильтр в большей степени, чем катионы натрия.
Открытые и закрытые конформации
[ редактировать ]Строение потенциалзависимого K у млекопитающих + канал использовался для объяснения его способности реагировать на напряжение на мембране. При открытии канала конформационные изменения в потенциал-сенсорных доменах (ВСД) приводят к переносу 12-13 элементарных зарядов через электрическое поле мембраны. Этот перенос заряда измеряется как переходный емкостной ток, предшествующий 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 воротный заряд. Положение этих аргининов, известное как воротные аргинины, высоко консервативно во всех потенциалзависимых калиевых, натриевых или кальциевых каналах. Однако степень их движения и их перемещение через трансмембранный потенциал являются предметом обширных дискуссий. [9] Были идентифицированы конкретные домены субъединиц канала, которые отвечают за распознавание напряжения и преобразование между открытой и закрытой конформациями канала. Существует как минимум две закрытые конформации. В первом случае канал может открыться, если мембранный потенциал станет более положительным. Этот тип стробирования опосредуется потенциал-чувствительным доменом, 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 соседних спиралей S5–S6, которые образуют пору канала и заставляют эту пору открываться или закрываться. При второй инактивации «N-типа» потенциалзависимый K + каналы инактивируются после открытия, переходя в характерную закрытую конформацию. 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 «шара и цепи», где N-конец белка образует шар, который связан с остальной частью белка через петлю (цепь). [10] Привязанный шарик блокирует внутреннее поровое отверстие, предотвращая движение ионов через канал. [11] [12]
Фармакология
[ редактировать ]![[икона]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/1c/Wiki_letter_w_cropped.svg/20px-Wiki_letter_w_cropped.svg.png){kind=small} | Этот раздел нуждается в расширении . Вы можете помочь, добавив к нему . ( май 2019 г. ) |
О блокаторах и активаторах потенциалзависимых калиевых каналов см.: Блокатор калиевых каналов и открыватель калиевых каналов .
См. также
[ редактировать ]- Ионный канал
- Семейство ионных каналов
- Домен тетрамеризации калиевого канала
- База данных потенциалзависимых калиевых каналов (2004 г.)
Ссылки
[ редактировать ]- ^ 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 Х (декабрь 2005 г.). «Международный союз фармакологии. LIII. Номенклатура и молекулярные взаимоотношения потенциалзависимых калиевых каналов». Фармакологические обзоры . 57 (4): 473–508. дои : 10.1124/пр.57.4.10 . ПМИД 16382104 . S2CID 219195192 .
- ^ Понгс О, Лейхер Т, Бергер М, Ропер Дж, Беринг Р, Рэй Д, Гизе К.П., Сильва А.Дж., Сторм Дж.Ф. (апрель 1999 г.). «Функциональные и молекулярные аспекты бета-субъединиц потенциалзависимого K+-канала». Анналы Нью-Йоркской академии наук . 868 (30 апреля): 344–55. Бибкод : 1999NYASA.868..344P . дои : 10.1111/j.1749-6632.1999.tb11296.x . ПМИД 10414304 . S2CID 21621084 .
- ^ Ли Й, Эм СИ, McDonald TV (июнь 2006 г.). «Потенциал-управляемые калиевые каналы: регуляция с помощью дополнительных субъединиц». Нейробиолог . 12 (3): 199–210. дои : 10.1177/1073858406287717 . ПМИД 16684966 . S2CID 24418687 .
- ^ Чжан М., Цзян М., Ценг Г.Н. (май 2001 г.). «Связанный с minK пептид 1 связывается с Kv4.2 и модулирует его шлюзовую функцию: потенциальная роль бета-субъединицы транзиторного внешнего канала сердца?» . Исследование кровообращения . 88 (10): 1012–9. дои : 10.1161/hh1001.090839 . ПМИД 11375270 .
- ^ Маккроссан З.А., Эбботт Г.В. (ноябрь 2004 г.). «Пептиды, родственные MinK». Нейрофармакология . 47 (6): 787–821. doi : 10.1016/j.neuropharm.2004.06.018 . ПМИД 15527815 . S2CID 41340789 .
- ^ Анантарам А., Эбботт Г.В. (2005). «Фронт материи». Сердечный калиевый канал hERG: структура, функция и синдром удлиненного интервала QT . Симпозиумы Фонда Новартис. Том. 266. стр. 100–12, обсуждение 112–7, 155–8. doi : 10.1002/047002142X.fmatter . ISBN 9780470021408 . ПМИД 16050264 .
{{cite book}}:|journal=игнорируется ( помогите ) - ^ Йеллен Дж. (сентябрь 2002 г.). «Потенциал-управляемые калиевые каналы и их родственники». Природа . 419 (6902): 35–42. дои : 10.1038/nature00978 . ПМИД 12214225 . S2CID 4420877 .
- ^ Лонг С.Б., Кэмпбелл Э.Б., Маккиннон Р. (август 2005 г.). «Кристаллическая структура потенциал-зависимого K+-канала семейства шейкеров млекопитающих» . Наука . 309 (5736): 897–903. Бибкод : 2005Sci...309..897L . дои : 10.1126/science.1116269 . ПМИД 16002581 . S2CID 6072007 .
- ^ Ли С.Ю., Ли А., Чен Дж., Маккиннон Р. (октябрь 2005 г.). «Структура потенциалзависимого К+-канала KvAP и ее зависимость от липидной мембраны» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 102 (43): 15441–6. Бибкод : 2005PNAS..10215441L . дои : 10.1073/pnas.0507651102 . ПМЦ 1253646 . ПМИД 16223877 .
- ^ Антц С., Факлер Б. (август 1998 г.). «Быстрая инактивация потенциалзависимых K(+)-каналов: от мультфильма к структуре» (PDF) . Новости физиологических наук . 13 (4): 177–182. doi : 10.1152/физиологияонлайн.1998.13.4.177 . ПМИД 11390785 .
- ^ Армстронг CM, Безанилья Ф (апрель 1973 г.). «Токи, связанные с движением воротных частиц натриевых каналов». Природа . 242 (5398): 459–61. Бибкод : 1973Natur.242..459A . дои : 10.1038/242459a0 . ПМИД 4700900 . S2CID 4261606 .
- ^ Мюррел-Лагнадо Р.Д., Олдрич Р.В. (декабрь 1993 г.). «Энергетика блокады каналов Shaker K пептидами инактивации» . Журнал общей физиологии . 102 (6): 977–1003. дои : 10.1085/jgp.102.6.977 . ПМК 2229186 . ПМИД 8133246 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Потенциально-зависимые+калиевые+каналы в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)
- «Калиевые каналы, управляемые напряжением» . База данных IUPHAR по рецепторам и ионным каналам . Международный союз фундаментальной и клинической фармакологии.
- Ли Б, Галлин В.Дж. (январь 2004 г.). «VKCDB: база данных потенциалзависимых калиевых каналов» . БМК Биоинформатика . 5 :3. дои : 10.1186/1471-2105-5-3 . ПМК 317694 . ПМИД 14715090 .
- «База данных вольт-управляемых калиевых каналов (VKCDB)» на сайте ualberta.ca.
- UMich Ориентация белков в семействах мембран/суперсемействе-8 - Пространственное положение потенциалзависимых калиевых каналов в мембранах