Napěťově řízený draslíkový kanál - Voltage-gated potassium channel
Eukaryotický draselný kanál | |||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
![]() Draslíkový kanál, struktura v prostředí podobném membráně. Vypočtené hranice uhlovodíků lipidová dvojvrstva jsou označeny červenými a modrými tečkami. | |||||||||
Identifikátory | |||||||||
Symbol | Ion_trans | ||||||||
Pfam | PF00520 | ||||||||
InterPro | IPR005821 | ||||||||
SCOP2 | 1bl8 / Rozsah / SUPFAM | ||||||||
TCDB | 1.A.1 | ||||||||
OPM nadčeleď | 8 | ||||||||
OPM protein | 2a79 | ||||||||
Membranome | 217 | ||||||||
|
Iontový kanál (bakteriální) | |||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
![]() Draselný kanál KcsA. Vypočtené hranice uhlovodíků lipidová dvojvrstva jsou označeny červenými a modrými tečkami. | |||||||||
Identifikátory | |||||||||
Symbol | Ion_trans_2 | ||||||||
Pfam | PF07885 | ||||||||
InterPro | IPR013099 | ||||||||
SCOP2 | 1bl8 / Rozsah / SUPFAM | ||||||||
OPM protein | 1r3j | ||||||||
|
Pomalý napěťově řízený draslíkový kanál (draselný kanál, závislý na napětí, beta podjednotka, KCNE) | |||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Identifikátory | |||||||||
Symbol | ISK_Channel | ||||||||
Pfam | PF02060 | ||||||||
InterPro | IPR000369 | ||||||||
TCDB | 8.A.10 | ||||||||
Membranome | 218 | ||||||||
|
KCNQ napěťově řízený draslíkový kanál | |||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Identifikátory | |||||||||
Symbol | KCNQ_channel | ||||||||
Pfam | PF03520 | ||||||||
InterPro | IPR013821 | ||||||||
|
Kv2 napěťově řízený kanál K + | |||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Identifikátory | |||||||||
Symbol | Kv2 kanál | ||||||||
Pfam | PF03521 | ||||||||
InterPro | IPR003973 | ||||||||
|
Napěťově řízené draselné kanály (VGKC) jsou transmembránové kanály specifické pro draslík a citlivé na změny napětí v cele membránový potenciál. V době akční potenciály, hrají zásadní roli při návratu depolarizované buňky do klidového stavu.
Klasifikace
Alfa podjednotky
Alfa podjednotky tvoří póry skutečné vodivosti. Na základě sekvenční homologie hydrofobních transmembránových jader jsou alfa podjednotky napěťově řízených draslíkových kanálů seskupeny do 12 tříd. Ty jsou označeny K.protiα1-12.[1] Následuje seznam 40 známých alfa podjednotek draslíkového kanálu s lidským napětím seskupených nejprve podle funkce a poté podskupiny podle Kproti schéma klasifikace sekvenční homologie:
Zpožděný usměrňovač
pomalu deaktivovat nebo neaktivovat
- K.protiα1.x - Shaker související: K.proti1.1 (KCNA1 ), K.proti1.2 (KCNA2 ), K.proti1.3 (KCNA3 ), K.proti1.5 (KCNA5 ), K.proti1.6 (KCNA6 ), K.proti1.7 (KCNA7 ), K.proti1.8 (KCNA10 )
- K.protiα2.x - související s Shab: K.proti2.1 (KCNB1 ), K.proti2.2 (KCNB2 )
- K.protiα3.x - související s Shawem: K.proti3.1 (KCNC1 ), K.proti3.2 (KCNC2 )
- K.protiα7.x: K.proti7.1 (KCNQ1 ) - KvLQT1, K.proti7.2 (KCNQ2 ), K.proti7.3 (KCNQ3 ), K.proti7.4 (KCNQ4 ), K.proti7.5 (KCNQ5 )
- K.protiα10.x: K.proti10.1 (KCNH1 )
Draselný kanál typu A.
rychle inaktivující
- K.protiα1.x - související s třepačkou: K.proti1.4 (KCNA4 )
- K.protiα4.x - související se Shalem: K.proti4.1 (KCND1 ), K.proti4.2 (KCND2 ), K.proti4.3 (KCND3 )
Vnější náprava
- K.protiα10.x: K.proti10.2 (KCNH5 )
Vnitřně napravující
Prochází proud snadněji dovnitř (do buňky, zvenčí).
- K.protiα11.x - ether-a-go-go draslíkové kanály: K.proti11.1 (KCNH2 ) - hERG, K.proti11.2 (KCNH6 ), K.proti11.3 (KCNH7 )
Pomalu se aktivuje
Modifikátor / tlumič hluku
Nelze vytvořit funkční kanály jako homotetramery, ale místo toho heterotetramerizovat s K.protiČlenové rodiny α2 vytvářejí vodivé kanály.
- K.protiα5.x: K.proti5.1 (KCNF1 )
- K.protiα6.x: K.proti6.1 (KCNG1 ), K.proti6.2 (KCNG2 ), K.proti6.3 (KCNG3 ), K.proti6.4 (KCNG4 )
- K.protiα8.x: K.proti8.1 (KCNV1 ), K.proti8.2 (KCNV2 )
- K.protiα9.x: K.proti9.1 (KCNS1 ), K.proti9.2 (KCNS2 ), K.proti9.3 (KCNS3 )
Beta podjednotky
Beta podjednotky jsou pomocné proteiny, které se sdružují s alfa podjednotkami, někdy v α4β4 stechiometrie.[2] Tyto podjednotky nevedou proud samy o sobě, ale spíše modulují aktivitu K.proti kanály.[3]
- K.protiβ1 (KCNAB1 )
- K.protiβ2 (KCNAB2 )
- K.protiβ3 (KCNAB3 )
- norek[4] (KCNE1 )
- MiRP1[5] (KCNE2 )
- MiRP2 (KCNE3 )
- MiRP3 (KCNE4 )
- KCNE1 podobné (KCNE1L )
- KCNIP1 (KCNIP1 )
- KCNIP2 (KCNIP2 )
- KCNIP3 (KCNIP3 )
- KCNIP4 (KCNIP4 )
Proteiny minK a MiRP1 jsou domnělé podjednotky hERG beta.[6]
Výzkum na zvířatech
Napěťově řízený K.+ kanály, které poskytují vnější proudy akční potenciály mají podobnost s bakteriálním K.+ kanály.
Tyto kanály byly studovány Rentgenová difrakce, umožňující stanovení strukturních znaků při atomovém rozlišení.
Funkce těchto kanálů je zkoumána pomocí elektrofyziologické studie.
Genetické přístupy zahrnují screening změn chování u zvířat s mutacemi v K.+ kanálové geny. Takové genetické metody umožňovaly genetickou identifikaci "třepačky" K.+ gen kanálu v Drosophila dříve, než byly dobře známy sekvence genů iontových kanálů.
Studium změněných vlastností napěťově řízeného K.+ kanálové proteiny produkované mutovanými geny pomohly odhalit funkční role K.+ kanálové proteinové domény a dokonce i jednotlivé aminokyseliny v jejich strukturách.
Struktura
Typicky K+ kanály jsou tetramery čtyř identických podjednotek uspořádaných jako kruh, z nichž každý přispívá ke stěně transmembrány K+ pór. Každá podjednotka se skládá ze šesti membrán překlenujících hydrofobní α-helikální sekvence, stejně jako snímač napětí v S4. Intracelulární strana membrány obsahuje jak amino, tak karboxy konce.[7] Krystalografická struktura krysy K. s vysokým rozlišenímprotiKanál α1,2 / β2 byl nedávno vyřešen (přístupové číslo Protein Databank 2A79),[8] a poté rafinován v prostředí podobném lipidové membráně (PDB: 2r9r).
Selektivita
Napěťově řízený K.+ kanály jsou selektivní pro K.+ přes jiné kationty jako je Na+. V nejužší části transmembránového póru je filtr selektivity.
Studie mutací kanálu odhalily části podjednotek, které jsou nezbytné pro iontovou selektivitu. Zahrnují aminokyselina sekvence (Thr-Val-Gly-Tyr-Gly) nebo (Thr-Val-Gly-Phe-Gly) typická pro selektivní filtr napěťově řízeného K+ kanály. Zeptat se+ prochází póry, brání se interakcím mezi ionty draslíku a molekulami vody a K.+ interaguje se specifickými atomovými složkami Thr-Val-Gly- [YF] -Gly sekvencí ze čtyřkanálových podjednotek [1].
Může se zdát neintuitivní, že kanál by měl propouštět ionty draslíku, ale ne ty menší sodíkové ionty. Ve vodném prostředí jsou však kationty draslíku a sodíku solvatovány molekulami vody. Při pohybu přes selektivní filtr draslíkového kanálu voda-K+ interakce jsou nahrazeny interakcemi mezi K.+ a karbonylové skupiny kanálového proteinu. Průměr selektivního filtru je ideální pro draselný kation, ale příliš velký pro menší sodíkový kation. Proto jsou draselné kationty dobře „solvatovány“ proteinovými karbonylovými skupinami, ale tytéž karbonylové skupiny jsou příliš daleko od sebe, aby adekvátně solvatovaly sodíkový kation. Proto je průchod kationtů draslíku tímto selektivním filtrem silně upřednostňován před kationty sodnými.
Otevřené a uzavřené konformace
Struktura savčího napěťově řízeného K.+ kanál byl použit k vysvětlení jeho schopnosti reagovat na napětí přes membránu. Po otevření kanálu vedou konformační změny v doménách napěťových senzorů (VSD) k přenosu 12-13 elementárních nábojů přes membránové elektrické pole. Tento přenos náboje se měří jako přechodný kapacitní proud, který předchází otevření kanálu. Je známo, že několik nabitých zbytků VSD, zejména čtyři zbytky argininu, umístěné pravidelně na každé třetí pozici v segmentu S4, se pohybuje přes transmembránové pole a přispívá k hradlovacímu náboji. Pozice těchto argininů, známých jako hradlové argininy, jsou vysoce zachovány ve všech napěťově řízených draslíkových, sodíkových nebo vápenatých kanálech. Rozsah jejich pohybu a jejich posunutí napříč transmembránovým potenciálem však byl předmětem rozsáhlé debaty.[9] Byly identifikovány specifické domény podjednotek kanálu, které jsou zodpovědné za snímání napětí a konverzi mezi otevřenou a uzavřenou konformací kanálu. Existují alespoň dvě uzavřené konformace. V první se kanál může otevřít, pokud se potenciál membrány stane pozitivnějším. Tento typ hradlování je zprostředkován doménou snímající napětí, která se skládá z helixu S4 alfa, který obsahuje 6–7 kladných nábojů. Změny membránového potenciálu způsobují, že se tato alfa šroubovice pohybuje v lipidové dvojvrstvě. Tento pohyb má za následek konformační změnu v sousedních šroubovicích S5 – S6, které tvoří póry kanálu a způsobují otevření nebo uzavření tohoto póru. Ve druhém Inaktivace typu „N“, napěťově řízený K.+ kanály se po otevření deaktivují a vstoupí do charakteristické uzavřené konformace. V této inaktivované konformaci se kanál nemůže otevřít, i když je transmembránové napětí příznivé. Amino-koncová doména K.+ kanál nebo pomocný protein mohou zprostředkovat inaktivaci typu „N“. Mechanismus tohoto typu inaktivace byl popsán jako model "kulička a řetěz", kde N-konec proteinu tvoří kouli, která je připoutána ke zbytku proteinu smyčkou (řetězcem).[10] Připoutaná koule blokuje vnitřní póry a brání pohybu iontů kanálem.[11][12]
Farmakologie
![]() | Tato sekce potřebuje expanzi. Můžete pomoci přidávat k tomu. (Květen 2019) |
Blokátory a aktivátory napěťově řízených draslíkových kanálů viz: blokátor draslíkových kanálů a otvírač draslíkových kanálů.
Viz také
Reference
- ^ Gutman GA, Chandy KG, Grissmer S, Lazdunski M, McKinnon D, Pardo LA, Robertson GA, Rudy B, Sanguinetti MC, Stühmer W, Wang X (prosinec 2005). "International Union of Pharmacology. LIII. Nomenklatura and molekulární vztahy napěťově řízených draslíkových kanálů". Farmakologické recenze. 57 (4): 473–508. doi:10.1124 / pr.57.4.10. PMID 16382104.
- ^ Pongs O, Leicher T, Berger M, Roeper J, Bähring R, Wray D, Giese KP, Silva AJ, Storm JF (duben 1999). "Funkční a molekulární aspekty napěťově řízených beta podjednotek kanálu K +". Annals of the New York Academy of Sciences. 868 (30. dubna): 344–55. doi:10.1111 / j.1749-6632.1999.tb11296.x. PMID 10414304.
- ^ Li Y, Um SY, McDonald TV (červen 2006). "Napěťově řízené draselné kanály: regulace přídavnými podjednotkami". Neurovědec. 12 (3): 199–210. doi:10.1177/1073858406287717. PMID 16684966.
- ^ Zhang M, Jiang M, Tseng GN (květen 2001). „MinK-příbuzný peptid 1 se asociuje s Kv4.2 a moduluje jeho hradlovací funkci: potenciální role jako beta podjednotka přechodného srdečního vnějšího kanálu?“. Výzkum oběhu. 88 (10): 1012–9. doi:10,1161 / hh1001,090839. PMID 11375270.
- ^ McCrossan ZA, Abbott GW (listopad 2004). "Peptidy související s MinK". Neurofarmakologie. 47 (6): 787–821. doi:10.1016 / j.neuropharm.2004.06.018. PMID 15527815.
- ^ Anantharam A, Abbott GW (2005). Je hERG spojen s beta podjednotkou? Důkazy o rolích MinK a MiRP1. Sympózium Nadace Novartis. Symposia Novartis Foundation. 266. 100–12, diskuse 112–7, 155–8. doi:10.1002 / 047002142X.fmatter. ISBN 9780470021408. PMID 16050264.
- ^ Yellen G (září 2002). „Napěťově řízené draselné kanály a jejich příbuzní“. Příroda. 419 (6902): 35–42. doi:10.1038 / nature00978. PMID 12214225.
- ^ Long SB, Campbell EB, Mackinnon R (srpen 2005). "Krystalová struktura savčího napěťově závislého kanálu Shaker K +". Věda. 309 (5736): 897–903. doi:10.1126 / science.1116269. PMID 16002581.
- ^ Lee SY, Lee A, Chen J, MacKinnon R (říjen 2005). "Struktura KvAP kanálu K + závislého na napětí a jeho závislost na lipidové membráně". Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 102 (43): 15441–6. doi:10.1073 / pnas.0507651102. PMC 1253646. PMID 16223877.
- ^ Antz C, Fakler B (srpen 1998). „Rychlá deaktivace napěťově řízených K (+) kanálů: od karikatury ke struktuře“ (PDF). Novinky ve fyziologických vědách. 13 (4): 177–182. doi:10.1152 / fyziologie online. 1998.13.4.177. PMID 11390785.
- ^ Armstrong CM, Bezanilla F (duben 1973). "Proudy spojené s pohybem hradlových částic sodíkových kanálů". Příroda. 242 (5398): 459–61. doi:10.1038 / 242459a0. PMID 4700900.
- ^ Murrell-Lagnado RD, Aldrich RW (prosinec 1993). „Energetika kanálů Shaker K blokuje inaktivační peptidy“. The Journal of General Physiology. 102 (6): 977–1003. doi:10.1085 / jgp.102.6.977. PMC 2229186. PMID 8133246.
externí odkazy
- Kanály napěťově řízené + draslík + v americké národní lékařské knihovně Lékařské předměty (Pletivo)
- „Napěťově řízené draselné kanály“. Databáze IUPHAR receptorů a iontových kanálů. Mezinárodní unie základní a klinické farmakologie.
- Li B, Gallin WJ (leden 2004). "VKCDB: napěťově řízená databáze draslíkových kanálů". BMC bioinformatika. 5: 3. doi:10.1186/1471-2105-5-3. PMC 317694. PMID 14715090.
- „Napěťově řízená databáze draslíkových kanálů (VKCDB)“ na ualberta.ca
- UMich Orientace proteinů v membránách rodiny / superrodina-8 - Prostorové polohy napěťově řízených draslíkových kanálů v membránách