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.

Klasifikacija

Alfa podjedinice 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. 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 Polako inaktivirajuće ili neinaktivirajuće Kvα1.x - povezano sa šejkerom: Kv1.1 (KCNA1), K v1.2 (KCNA2), Kv1.3 (KCNA3), Kv1.5 (KCNA5), Kv1.6 (KCNA6), Kv1.7 (KCNA7), Kv1.8 (KCNA10 ) Kvα2.x - vezano za Shab: Kv2.1 (KCNB1), Kv2.2 (KCNB2) Kvα3.x - povezano sa Shawom: Kv3.1 (KCNC1), Kv3.2 (KCNC2 ) Kvα7.x: Kv7.1 (KCNQ1) - KvLQT1, Kv7.2 (KCNQ2), Kv7.3 (KCNQ3), Kv7.4 (KCNQ4), Kv7,5 (KCNQ5) Kvα10.x: Kv10.1 (KCNH1)

Kalijev kanal tipa A 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 Kvα10.x: Kv10.2 (KCNH5)

Ispravljanje prema unutra 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 Kvα12.x: Kv12.1 (KCNH8), Kv12.2 (KCNH3), Kv12.3 (KCNH4)

Modifikator/utišivači Ne mogu da formiraju funkcionalne kanale kao homotetrameri, već se umesto toga heterotetramerišu sa članovima porodice Kvα2 da bi se formirali provodni kanali. Kvα5.x: Kv5.1 (KCNF1) Kvα6.x: Kv6.1 (KCNG1), Kv6.2 (KCNG2), Kv6.3 (KCNG3), Kv6.4 (KCNG4) Kvα8.x: Kv8.1 (KCNV1), Kv8.2 (KCNV2) Kvα9.x: Kv9.1 (KCNS1), Kv9.2 (KCNS2), Kv9.3 (KCNS3)

Beta podjedinice Beta podjedinice su pomoćni proteini koji se povezuju sa alfa podjedinicama, ponekad u α4β4 stehiometrijama. Ove podjedinice ne provode struju same, već moduliraju aktivnost Kv kanala. Kvβ1 (KCNAB1) Kvβ2 (KCNAB2) Kvβ3 (KCNAB3) minK (KCNE1) MiRP1 (KCNE2) MiRP2 (KCNE3) MiRP3 (KCNE4) KCNE1-like (KCNE1L) KCNIP1 (KCNIP1) KCNIP2 (KCNIP2) KCNIP3 (KCNIP3) KCNIP4 (KCNIP4)

Proteini minK i MiRP1 pretpostavljeni su hERG beta podjedinicama.

Istraživanje na životinjama K+ kanali sa naponom koji daju izlazne struje akcijskog potencijala imaju sličnosti s 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 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. Kristalografska struktura visoke rezolucije pacova Kvα1.2/β2 kanala je nedavno riješena (Pristupni broj PDB: ), a zatim rafiniran u okruženju nalik lipidnoj membrani ().

Selektivnost

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>+</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 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. 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). The tethered ball blocks the inner porehole, preventing ion movement through the channel.

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

Također pogledajte Ionski kanal Porodica ionskih kanala Domen tetramerizacije kalijevih kanala Kalijski kanal

Reference

Vanjski linkovi

"Voltage-gated potassium channel database (VKCDB)" at ualberta.ca - Spatial positions of voltage gated potassium channels in membranes

Kategorija:Elektrofiziologija Kategorija:Ionski kanali sa ograničenim naponom Kategorija:Kalijevi kanali Kategorija:Ionski kanali