Draselný kanál - biológia

draslíkové kanály


The Draslíkový kanál (angl. draslíkový kanál) označuje iónový kanál, ktorý špecificky umožňuje prechod draslíkaióny povolené. Transport draselných iónov cez draslíkový kanál sa uskutočňuje pasívne difúziou. Jeho smer je určený elektrochemickou hnacou silou pre draselné ióny.

Mechanizmy aktivácie rôznych draslíkových kanálov

Napäťovo aktivované draslíkové kanály

Napäťovo aktivované draslíkové kanály (TCDB: 1.A.1.2) sa otvárajú pri zmene potenciálu membrány a podporujú napr. B. repolarizácia počas akčného potenciálu neurónu. Tento typ draslíkového kanála sa aktivuje depolarizáciou membrány pri rovnakom prahovom potenciáli ako sodíkové kanály. Avšak otvorenie draselného kanála tohto typu je oveľa pomalšie a trvá dlhšie ako otvorenie sodíkového kanála.

Ďalší napäťovo aktivovaný draslíkový kanál sa počas depolarizácie (10–4 až 10–5 s) mimoriadne rýchlo otvára a zatvára, čo na krátky čas spôsobí repolarizujúci odtok draslíka (prúd A). A-prúd, IA) a tým umožňuje nervovým bunkám rýchlo „vystreliť“.

Rozlišuje sa medzi vonkajším a vnútorným usmerňujúcim draslíkovým kanálom (vonkajší usmerňovač/vnútorný usmerňovač).

Vápnikom aktivované draslíkové kanály

(TCDB: 1.A.1.3) Otvárajú sa, keď prudko stúpa intracelulárna koncentrácia iónov vápnika, a tým repolarizujú alebo hyperpolarizujú bunkovú membránu.

G proteínom aktivované draslíkové kanály

Jedná sa o draslíkové kanály, ktoré prechádzajú priamo cez G proteíny alebo nepriamo cez druhý posol byť regulované. Po aktivácii receptora spojeného s G proteínom (GPCR) ligandom (napr. Acetylcholínu v prípade muskarínového acetylcholínového receptora) sa HDP vymení za GTP v jednotke Ga proteínu G. Vo výsledku sa aktivovaná bielkovina a-jednotka teraz oddeľuje od zvyšku, čím sa Gβγ môže viazať na draslíkový kanál a otvoriť ho. To zostáva otvorené, kým sa naviazaný GTP na Gα opäť hydrolyzuje na HDP a znovu sa nevytvoria podjednotky. Tieto kanály hrajú dôležitú úlohu pri regulácii srdcového rytmu cez parasympatickú časť autonómneho nervového systému a pri inhibícii synapsií v centrálnom nervovom systéme.

Mechanicky aktivované draslíkové kanály

Otvárajú sa zatlačením alebo potiahnutím membrány. Takto z. B. draslíkové kanály do Odkazy na tipy stereocilia, teda senzorické vláskové bunky vo vnútornom uchu.

Na draslík citlivé kanály ATP

Otvárajú sa pri poklese hladiny bunkovej ATP a sú napr. B. obsiahnutý v beta bunkách pankreasu produkujúcich inzulín a v neurónoch hypotalamu. [1]

ATP-senzitívne draslíkové kanály sú blokované liekmi zo skupiny sulfonylmočovín. [2] Aktivačné mutácie v géne ABCC8, ktoré kódujú regulačné podjednotky (SUR1) draslíkového kanálu citlivého na ATP, sú zodpovedné za približne 12% prípadov vrodeného diabetes mellitus u novorodenca (novorodenecký diabetes mellitus). [3] Aktivačné mutácie v géne KCNJ11, ktorý kóduje podjednotky Kir6.2 draslíkového kanálu citlivého na ATP, tvoria asi 35–58% prípadov novorodeneckého cukrovky. Novorodenecký diabetes mellitus je možné úspešne liečiť sulfonylmočovinami. [4] Inaktivačné mutácie v géne ABCC8 na druhej strane vedú k hypoglykémii v ranom detstve (familiárna hyperinzulinemická hypoglykémia). [5]

The Draslíkový kanál KIR4.1 sa nachádza na gliových bunkách v centrálnom nervovom systéme, najmä na astrocytoch, oligodendrocytoch a Bergmannovych gliových bunkách. Zdá sa, že hlavnou úlohou je jedna priestorové ukladanie do vyrovnávacej pamäte gradientu draslíka na udržanie vedenia axonálnych stimulov. [6] Vyraďovacie myši bez Kir4.1 vykazovali závažnú hypomyelinizáciu a axonálne zmeny. Autoprotilátky IgG proti draslíkovému kanálu sa našli v podskupine pacientov so sklerózou multiplex. [7] Mutácie v géne KCNJ10 kódujúcom KIR4.1 sú spojené so syndrómom EAST alebo SeSAME, ktorý súvisí s epilepsiou, ataxiou, renálnou tubulopatiou a hluchotou.

selektivita

Draselné kanály tvoria v membráne póry. Takzvaný selektívny filter je umiestnený na extracelulárnej strane pórov. Tento pór je tvorený z polypeptidového hlavného reťazca, pričom atómy karbonylového kyslíka v peptidových väzbách sú presne zoradené, aby mohli „prevziať“ úlohu kyslíka vo vodných molekulách hydratačného obalu draselného iónu. To vytvára energeticky stabilizované polohy pre draslíkový ión vo selektívnom filtri (presnejšie 4), čo uľahčuje dehydratáciu a tým prechod draselného iónu cez póry. Vo vnútri póru je vrecko s molekulami vody, kde sa draselné ióny okamžite rehydratujú. Napríklad sodné ióny neprechádzajú selektívnym filtrom, aj keď sú menšie ako draselné ióny. Je to preto, že karbonylové atómy kyslíka sú pre nich príliš vzdialené a nemôžu nahradiť atómy kyslíka vo vode (tu nie je žiadna energetická stabilizácia).

Inhibícia draslíkového kanála

Rovnako ako iné kanály, aj draslíkové kanály môžu byť špecificky blokované molekulami alebo peptidmi. V závislosti od typu draslíkového kanálu sú toho schopné rôzne látky. Takže z. B. vápnikovo závislé draslíkové kanály môžu byť špecificky blokované bez ovplyvnenia iných kanálov. Preto nie každý inhibítor má v tele rovnaký účinok, pretože rôzne typy kanálov sa líšia svojim výskytom a funkciou.

Inhibítor často pôsobí priamo na pór kanála tak, že ho uzavrie (napr. Tetraetylamóniový katión), či už zvonka alebo zvnútra kanála. Mnoho prírodných toxínov rastlín a zvierat obsahuje proteíny, ktoré inhibujú draslíkové kanály. Napríklad je známych viac ako 40 peptidov z jedov škorpiónov, ktoré majú inhibičný účinok na draslíkové kanály. Ale hmyzie jedy, ako napríklad apamín vo včelách, sú tiež špecifické pre draslíkové kanály závislé od vápnika.

Pozri tiež

nafúknuť

  1. ↑ M.A- Sperling.: Kanály draslíka citlivé na ATP - novorodenecký diabetes mellitus a ďalšie N Engl J Med 2006 355: 507-510.
  2. ↑ Yokoshiki, H. a kol .: K + kanály citlivé na ATP v pankreatických, srdcových a vaskulárnych bunkách hladkého svalstva. In: American Journal of Physiology. 274, 1998, s. C25-37.
  3. ↑ A.P. Babenko a kol. al.: Aktivácia mutácií v géne ABCC8 pri neonatálnom cukrovke N Engl J Med 2006 355: 456-466.
  4. ↑ E.R. Pearson a spol. al.: Prechod z inzulínu na perorálne sulfonylmočoviny u pacientov s cukrovkou v dôsledku mutácií Kir6.2 N Engl J Med 2006 355: 467-477
  5. ↑ P.M. Thomas et. al.: Mutácie v géne pre receptor sulfonylmočoviny pri familiárnej perzistujúcej hyperinzulinemickej hypoglykémii v detstve Science, 268: 5209: 426.
  6. ^ Anne H. Cross, Emmanuelle Waubant: Protilátky proti draslíkovým kanálom pri roztrúsenej skleróze. 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: Draslíkový kanál KIR4.1 ako imunitný cieľ pri roztrúsenej skleróze. New England Journal of Medicine 2012; 367: 115-122

6. MacKinnon, R. 2004. iónové vedenie a atómový základ selektívneho iónového vedenia (Nobelova prednáška). Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 43: 4265-4277.