Калієвий канал - біологія

калієвий

Калієвий канал (англ. калієвий канал) позначає іонний канал, який спеціально пропускає калійдозволені іони. Транспорт іонів калію по калієвому каналу відбувається пасивно шляхом дифузії. Його напрямок визначається електрохімічною рушійною силою іонів калію.

Механізми активації різних калієвих каналів

Активовані напругою калієві канали

Активовані напругою калієві канали (TCDB: 1.A.1.2) відкриваються, коли мембранний потенціал змінюється, і підтримують, наприклад B. реполяризація під час потенціалу дії нейрона. Цей тип калієвих каналів активується шляхом деполяризації мембрани з тим самим пороговим потенціалом, що і у натрієвих каналів. Однак розкриття калієвого каналу цього типу відбувається набагато повільніше і триває довше, ніж у натрієвого каналу.

Інший активований напругою калієвий канал надзвичайно швидко відкривається і закривається під час деполяризації (10-4 до 10-5 с), викликаючи реполяризуючий відтік калію (струм А) на короткий час. А-струм, IA) і тим самим дозволяє нервовим клітинам швидко «стріляти».

Розрізняють зовнішні та внутрішні випрямливі калієві канали (зовнішній випрямляч/внутрішній випрямляч).

Активовані кальцієм калієві канали

(TCDB: 1.A.1.3) Вони відкриваються, коли концентрація внутрішньоклітинних іонів кальцію різко підвищується, і, таким чином, реполяризують або гіперполяризують клітинну мембрану.

G-білкові активовані калієві канали

Це калієві канали, які проходять безпосередньо через білки G або опосередковано другий месенджер регулюватися. Після активації зв’язаного з білком G рецептора (GPCR) лігандом (наприклад, ацетилхоліном у разі мускаринового ацетилхолінового рецептора) ВВП обмінюється на GTP в одиниці Gα білка G. У білку, який в результаті активується, одиниця α тепер від’єднується від решти, що означає, що Gβγ може зв’язуватися з калієвим каналом і відкривати його. Це залишається відкритим, поки зв’язаний GTP на Gα знову не гідролізується до ВВП і субодиниці не формуються знову. Ці канали відіграють важливу роль для регуляції частоти серцевих скорочень через парасимпатичну частину вегетативної нервової системи та для гальмування синапсів у центральній нервовій системі.

Механічно активовані калієві канали

Вони відкриваються натисканням або витягуванням мембрани. Це як z. B. калієві канали до Посилання на підказки стереоцилії, тобто сенсорні клітини волосся у внутрішньому вусі.

АТФ-чутливі калієві канали

Вони відкриваються, коли рівень клітинного АТФ падає і, наприклад, B. міститься в бета-клітинах підшлункової залози, що продукують інсулін, і в нейронах гіпоталамуса. [1]

АТФ-чутливі калієві канали блокуються препаратами із групи сульфонілсечовин. [2] Активуючі мутації гена ABCC8, який кодує регуляторні субодиниці (SUR1) АТФ-чутливого калієвого каналу, відповідають приблизно за 12% випадків вродженого цукрового діабету у новонародженого (цукровий діабет новонароджених). [3] Активуючі мутації гена KCNJ11, який кодує субодиниці Kir6.2 чутливого до АТФ калієвого каналу, відповідають приблизно за 35-58% випадків неонатального діабету. Цукровий діабет новонароджених можна успішно лікувати сульфонілсечовинами. [4] Інактиваційні мутації гена ABCC8, навпаки, призводять до гіпоглікемії в ранньому дитинстві (сімейна гіперінсулінемічна гіпоглікемія). [5]

Калієвий канал KIR4.1 виявляється на гліальних клітинах центральної нервової системи, особливо на астроцитах, олігодендроцитах та гліальних клітинах Бергмана. Основне завдання, здається, одне просторова буферизація градієнта калію для підтримки аксональної провідності стимулу. [6] Нокаутовані миші без Kir4.1 продемонстрували сильну гіпомієлінізацію та зміни аксонів. Аутоантитіла IgG проти калієвого каналу були знайдені в підгрупі пацієнтів з розсіяним склерозом. [7] Мутації гена, кодуючого KIR4.1 KCNJ10, пов’язані із синдромом EAST або SeSAME, який пов’язаний з епілепсією, атаксією, нирковою тубулопатією та глухотою.

вибірковість

Калієві канали утворюють пору в мембрані. Так званий фільтр селективності розташований на позаклітинній стороні пори. Ця пора утворюється з поліпептидного каркасу, завдяки чому атоми карбонільного кисню пептидних зв’язків точно вирівнюються, щоб вони могли «взяти на себе» роль кисню в молекулах води гідратаційної оболонки іона калію. Це створює енергетично стабілізовані положення іонів калію у фільтрі селективності (точніше 4), що полегшує дегідратацію і, таким чином, проходження іона калію через пори. Усередині пори є кишенька з молекулами води, де іони калію негайно регідратаються. Наприклад, іони натрію не проходять фільтр селективності, хоча вони менші за іони калію. Це тому, що атоми карбонільного кисню для них занадто далеко, і вони не можуть замінити атоми кисню у воді (тут немає енергетичної стабілізації).

Інгібування калієвого каналу

Як і інші канали, калієві канали також можуть бути спеціально блоковані молекулами або пептидами. Залежно від типу калієвого каналу, це можуть робити різні речовини. Отже z. B. Калій-залежні калієві канали можуть бути спеціально перекриті, не впливаючи на інші канали. Отже, не кожен інгібітор має однакову дію на організм, оскільки різні типи каналів відрізняються за своїм появою та функцією.

Інгібітор часто діє безпосередньо на пору каналу, закриваючи його (наприклад, катіон тетраетиламонію), будь то зовнішня або внутрішня частина каналу. Багато природних рослинних і тваринних токсинів містять білки, що інгібують калієві канали. Наприклад, відомо понад 40 пептидів з отрут скорпіонами, які мають інгібуючу дію на калієві канали. Але також отрути комах, такі як апамін у бджіл, специфічні для кальцієзалежних калієвих каналів.

Дивитися також

набрякати

  1. ↑ M.A- Сперлінг.: Калійні канали, чутливі до АТФ - цукровий діабет новонароджених та не тільки N Engl J Med 2006 355: 507-510.
  2. ↑ Йокошикі Х. та ін.: АТФ-чутливі K + канали в клітинах гладкої мускулатури підшлункової залози, серця та судин. В: Американський журнал фізіології. 274, 1998, с. C25-37.
  3. ↑ А.П. Бабенко та ін. ін.: Активізуючі мутації гена ABCC8 при цукровому діабеті новонароджених N Engl J Med 2006 355: 456-466.
  4. ↑ E.R. Пірсон та ін. ін.: Перехід від інсуліну до пероральних сульфонілсечовин у пацієнтів з діабетом через мутації Kir6.2 N Engl J Med 2006 355: 467-477
  5. ↑ П.М. Томас та ін. ін.: Мутації гена рецептора сульфонілсечовини при сімейній стійкій гіперінсулінемічній гіпоглікемії немовляти Наука, 268: 5209: 426.
  6. ↑ Енн Х. Крос, Еммануель Вобант: Антитіла до калієвих каналів при розсіяному склерозі. New England Journal of Medicine 2012; 367: 172-174
  7. ↑ Rajneesh Srivastava, Muhammad Aslam, Sudhakar Reddy Kalluri, Lucas Schirmer, Dorothea Buck, Björn Tackenberg, Veit Rothhammer, Andrew Chan, Ralf Gold, Achim Berthele, Jeffrey L. Bennett, Thomas Korn, Bernhard Hemmer: Калієвий канал KIR4.1 як імунна мішень при розсіяному склерозі. New England Journal of Medicine 2012; 367: 115-122

6. Маккіннон, Р. 2004. Іонна провідність та атомні основи селективної провідності іонів (лекція Нобеля). Енджу. Chem. Int. Ред. Англ. 43: 4265-4277.