Калиевые каналы — самый распространённый тип ионных каналов. Обнаруживаются практически во всех клетках живых организмов[1]. Формируют калий-селективные ионные поры, которые обеспечивают ток ионов калия сквозь мембрану клетки. Контролируют множество разнообразных физиологических функций клетки[2][3].
Калиевые каналы транспортируют ионы калия в противоположную вектору градиента сторону. Скорость транспортировки может достигать скорости диффузии ионов калия в воде, при этом сохраняется высокий уровень избирательности (особенно это касается ионов натрия, несмотря лишь на небольшую разницу в радиусе обоих ионов). Биологическая роль этих каналов состоит в регуляции мембранного потенциала клеток. В возбуждаемых клетках, таких как нейроны, отложенный противоток ионов калия формирует потенциал действия.
Способствуя регуляции длительности потенциала действия в сердечной мышце, нарушение работы калиевых каналов может вызвать опасные для жизни аритмии. Калиевые каналы могут также участвовать в поддержании сосудистого тонуса.
Они также регулируют клеточные процессы, такие как секреция гормонов (например, выделение инсулина из бета-клеток поджелудочной железы), поэтому их нарушение может привести к заболеваниям (например, диабету)
Типы
Существует четыре главных класса калиевых каналов:
Кальций-активируемые калиевые каналы[англ.] — открываются в ответ на присутствие ионов кальция или других сигнальных молекул.
Двухпоровый калиевый канал[англ.] — это постоянно открытые или конститутивно присутствующие в мембране каналы, такие как каналы покоя или протекающие каналы, устанавливающие отрицательный мембранный потенциал на нейроне.
Потенциал-зависимые калиевые каналы — открываются в ответ на изменение трансмембранного потенциала[англ.].
Классы калиевых каналов; функция и фармакология[4].
Potassium channel Kv1.2, structure in a membrane-like environment. Calculated hydrocarbon boundaries of the lipid bilayer are indicated by red and blue lines.
Graphical representation of open and shut potassium channels (PDB1lnq and PDB1k4c). Two simple bacterial channels are shown to compare the «open» channel structure on the right with the «closed» structure on the left. At top is the filter (selects potassium ions), and at bottom is the gating domain (controls opening and closing of channel).
Блокаторы
Бериотоксин,дендротоксин,тетраэтиламмоний
Мускариновый калиевый канал
Калиевые каналы в искусстве
Фосс-Андре Юлиан. «Рождение Идеи» (Birth of an Idea) (2007). Скульптура, созданная для Родерика Маккинона на основе атомных координат, которые были определены группой Маккинона в 2001 году.
Структура калиевого канала KcsA положена в основу скульптуры «Рождение Идеи» высотой 1,5 метра, созданной для лауреата Нобелевской премии Родерика Маккинона[24]. Работа содержит проволочный каркас, удерживающий выдутый из жёлтого стекла объект, который изображает основную полость канальной структуры.
↑ 123456Lotshaw D.P. Biophysical, pharmacological, and functional characteristics of cloned and native mammalian two-pore domain K+ channels (англ.) // Cell Biochemistry and Biophysics[англ.] : journal. — 2007. — Vol. 47, no. 2. — P. 209—256. — doi:10.1007/s12013-007-0007-8. — PMID17652773.
↑Fink M., Lesage F., Duprat F., Heurteaux C., Reyes R., Fosset M., Lazdunski M. A neuronal two P domain K+ channel stimulated by arachidonic acid and polyunsaturated fatty acids (англ.) // The EMBO Journal : journal. — 1998. — Vol. 17, no. 12. — P. 3297—3308. — doi:10.1093/emboj/17.12.3297. — PMID9628867. — PMC1170668.
↑Goldstein S.A., Bockenhauer D., O'Kelly I., Zilberberg N. Potassium leak channels and the KCNK family of two-P-domain subunits (англ.) // Nature Reviews Neuroscience : journal. — 2001. — Vol. 2, no. 3. — P. 175—184. — doi:10.1038/35058574. — PMID11256078.
↑Sano Y., Inamura K., Miyake A., Mochizuki S., Kitada C., Yokoi H., Nozawa K., Okada H., Matsushime H., Furuichi K. A novel two-pore domain K+ channel, TRESK, is localized in the spinal cord (англ.) // The Journal of Biological Chemistry : journal. — 2003. — Vol. 278, no. 30. — P. 27406—27412. — doi:10.1074/jbc.M206810200. — PMID12754259.
↑Czirják G., Tóth Z.E., Enyedi P. The two-pore domain K+ channel, TRESK, is activated by the cytoplasmic calcium signal through calcineurin (англ.) // The Journal of Biological Chemistry : journal. — 2004. — Vol. 279, no. 18. — P. 18550—18558. — doi:10.1074/jbc.M312229200. — PMID14981085.
↑Kindler C.H., Yost C.S., Gray A.T. Local anesthetic inhibition of baseline potassium channels with two pore domains in tandem (англ.) // Anesthesiology[англ.] : journal. — Lippincott Williams & Wilkins[англ.], 1999. — Vol. 90, no. 4. — P. 1092—1102. — doi:10.1097/00000542-199904000-00024. — PMID10201682.
↑Kindler C.H., Paul M., Zou H., Liu C., Winegar B.D., Gray A.T., Yost C.S. Amide local anesthetics potently inhibit the human tandem pore domain background K+ channel TASK-2 (KCNK5) (англ.) // Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics[англ.] : journal. — 2003. — Vol. 306, no. 1. — P. 84—92. — doi:10.1124/jpet.103.049809. — PMID12660311.
↑Punke M.A., Licher T., Pongs O., Friederich P. Inhibition of human TREK-1 channels by bupivacaine (неопр.) // Anesthesia anf Analgesia. — 2003. — Т. 96, № 6. — С. 1665—1673. — doi:10.1213/01.ANE.0000062524.90936.1F. — PMID12760993.
↑Lesage F., Guillemare E., Fink M., Duprat F., Lazdunski M., Romey G., Barhanin J. TWIK-1, a ubiquitous human weakly inward rectifying K+ channel with a novel structure (англ.) // The EMBO Journal : journal. — 1996. — Vol. 15, no. 5. — P. 1004—1011. — PMID8605869. — PMC449995.
↑Duprat F., Lesage F., Fink M., Reyes R., Heurteaux C., Lazdunski M. TASK, a human background K+ channel to sense external pH variations near physiological pH (англ.) // The EMBO Journal : journal. — 1997. — Vol. 16, no. 17. — P. 5464—5471. — doi:10.1093/emboj/16.17.5464. — PMID9312005. — PMC1170177.
↑Reyes R., Duprat F., Lesage F., Fink M., Salinas M., Farman N., Lazdunski M. Cloning and expression of a novel pH-sensitive two pore domain K+ channel from human kidney (англ.) // The Journal of Biological Chemistry : journal. — 1998. — Vol. 273, no. 47. — P. 30863—30869. — doi:10.1074/jbc.273.47.30863. — PMID9812978.
↑Meadows H.J., Benham C.D., Cairns W., Gloger I., Jennings C., Medhurst A.D., Murdock P., Chapman C.G. Cloning, localisation and functional expression of the human orthologue of the TREK-1 potassium channel (англ.) // Pflügers Archiv : European Journal of Physiology[англ.] : journal. — 2000. — Vol. 439, no. 6. — P. 714—722. — doi:10.1007/s004240050997. — PMID10784345.
↑Patel A.J., Honoré E., Lesage F., Fink M., Romey G., Lazdunski M. Inhalational anesthetics activate two-pore-domain background K+ channels (англ.) // Nature Neuroscience : journal. — 1999. — Vol. 2, no. 5. — P. 422—426. — doi:10.1038/8084. — PMID10321245.
↑Rogawski M.A., Bazil C.W. New Molecular Targets for Antiepileptic Drugs: α2δ, SV2A, and Kv7/KCNQ/M Potassium Channels (англ.) // Curr Neurol Neurosci Rep[англ.] : journal. — 2008. — July (vol. 8, no. 4). — P. 345—352. — doi:10.1007/s11910-008-0053-7. — PMID18590620. — PMC2587091.
↑Zhou Y., Morais-Cabral J.H., Kaufman A., MacKinnon R. Chemistry of ion coordination and hydration revealed by a K+ channel-Fab complex at 2.0 Â resolution (англ.) // Nature : journal. — 2001. — Vol. 414, no. 6859. — P. 43—8. — doi:10.1038/35102009. — PMID11689936.
Хиниди́н — основной алкалоид коры хинного дерева, стереоизомер хинина. Применяется в медицине как антиаритмическое средство.
АМРА-рецептор — ионотропный рецептор глутамата, который передаёт быстрые возбуждающие сигналы в синапсах нервной системы позвоночных. Данные рецепторы также активируются синтетическим аналогом глутамата — аминокислотой АМРА, откуда и получили своё название. АМРА-рецепторы обнаружены практически во всех структурах головного мозга, их считают наиболее распространённым типом рецепторов в нервной системе. Эти рецепторы представляют собой тетрамерные ионные каналы, которые могут состоять из субъединиц четырёх типов. АМРА-рецепторы имеют отношение к развитию некоторых заболеваний центральной нервной системы человека, таких как синдром Мартина — Белл, поэтому их изучению уделяется большое внимание.
Аквапорин 2 — белок собирательных трубочек почек, формирующий поры для переноса воды в мембранах клеток. Может находиться на мембранах апикальной части клеток и во внутриклеточных везикулах. В организме человека кодируется геном AQP2, расположенным на 12-й хромосоме.
Хлоридный канал 3 — мембранный белок-антипортер, из суперсемейства хлоридных каналов.
Хлоридный канал Ka — потенциал-зависимый хлоридный канал—антипортер из суперсемейства CLCN, один из 9 белков этого семейства. Экспрессирован в основном в почках во всех сегментах нефрона. Наиболее близок по структуре к хлоридному каналу Kb.
Хлоридный канал Kb — потенциал-зависимый хлоридный канал—антипортер из суперсемейства CLCN, один из 9 белков этого семейства. Экспрессирован в почках. Наиболее близок по структуре к хлоридному каналу Ka. Мутации гена CLCNKB приводят к наследственному нарушению функции почек, синдрому Барттера.
Эпителиальный натриевый канал — мембранный белок, проводящий ионы Li, Na и протоны. Он постоянно активен и, вероятно, является одним из самых избирательных ионных каналов. Натриевые каналы находятся на апикальных участках мембран клеток эпителия. Они играют важную роль в поддержании водно-солевого баланса в организме, у позвоночных контролируют обратное всасывание натрия в почках, прямой кишке, лёгких, потовых железах и пр., также участвуют во вкусовых ощущениях.
Трансмембранный регулятор муковисцидоза — белок, участвующий в транспорте ионов хлора через мембрану клетки, а также название гена, кодирующего этот белок. Ген CFTR находится на длинном плече 7-й хромосомы. Мутации в гене CFTR приводят к возникновению заболевания муковисцидоз, а также могут быть причиной мужского бесплодия. Наиболее часто встречается мутация ΔF508, при которой происходит делеция остатка фенилаланина-508 из полипептидной цепочки, что приводит к нарушению укладки белка в плазматической мембране.
DDR1 — мембранный белок, фермент из надсемейства рецепторных тирозинкиназ, продукт гена DDR1.
Управляемые циклическими нуклеотидами гиперполяризационно-активируемые каналы — это интегральные белки, которые являются неселективными лиганд-зависимыми катионными каналами в мембранах клеток сердца и головного мозга. HCN-каналы иногда обозначают как «каналы-водители ритма», поскольку они участвуют в генерации ритмической активности клетками сердца и головного мозга. HCN-каналы кодируются четырьмя генами и экспрессируются в сердце, центральной и периферической нервной системе и фоторецепторах сетчатки.
Дендротоксины — класс пресинаптических нейротоксинов, вырабатываемых змеями рода мамба и блокирующих определённые подтипы потенциалзависимых калиевых каналов в нейронах, тем самым повышая высвобождение ацетилхолина в нервно-мышечных синапсах. Благодаря высокой эффективности и селективности для калиевых каналов, дендротоксины оказались чрезвычайно полезными в качестве фармакологических средств для изучения структуры и функции этих белков ионных каналов.
G-белок-связанные калиевые каналы внутреннего выпрямления — это подсемейство калиевых каналов внутреннего выпрямления, которые активируются (открываются) вследствие передачи сигнала с активированного вследствие связывания лиганда-агониста G-белок-связанного рецептора, вследствие чего от G-белка отсоединяется димер из βγ-субъединиц, который и активирует GIRK.
Калиевые каналы внутреннего выпрямления — специфическое подмножество калиевых каналов. В настоящее время идентифицированы семь подсемейств калиевых каналов внутреннего выпрямления в клетках разных тканей животных различных видов. Калиевые каналы внутреннего выпрямления обнаружены также у растений и бактерий. Они являются мишенями для многих токсинов, а нарушение функционирования этих каналов приводит к различным заболеваниям.
цГМФ-зависимый канал бета 1, также известный как CNGB1, является геном человека, кодирующим белок ионного канала.
АТФ-чувствительные калиевые каналы — группа белков калиевых каналов, активность которых регулируется внутриклеточными нуклеотидами, такими как АТФ и АДФ. Впервые были открыты в клетках сердца. АТФ-зависимые калиевые каналы относятся к классу калиевых каналов внутреннего выпрямления и представляют собой семейство Kir6. Они работают в основном в мышцах и нейронах, где в условиях недостатка энергии в виде АТФ переводят клетки в состояние покоя, снижая их возбудимость и сократимость. Также KATP-каналы задействованы в регуляции выделения инсулина в бета-клетках поджелудочной железы. АТФ-зависимые калиевые каналы являются мишенями действия лекарственных средств, которые защищают сердце и сосуды во время перегрузки.
Конотоксины — органические соединения, группа пептидных токсинов, продуцируемые хищными брюхоногими моллюсками из семейства Конусы (Conidae). Конотоксины являются сильнейшими нейротоксинами и чрезвычайно токсичны. ЛД50 некоторых типов составляет 50—150 нг/кг.
Лиганд-зависимые ионные каналы, лиганд-управляемые или лиганд-активируемые ионные каналы — также обычно называемые ионотропными рецепторами, представляют собой группу трансмембранных белков ионных каналов, которые позволяют ионам, например, Na+, K+, Ca2+ и/или Cl-, проходить через биологическую мембрану, посредством изменения конформации (открытия) в ответ на связывание химического мессенджера (то есть лиганда), такого как, например, молекулы нейромедиатора.
Бета-цепь 3 Na+/K+-АТФ-азы (ATP1B3) (англ. Sodium/potassium-transporting ATPase subunit beta-3; CD298) — белок, некаталитический компонент фермента, продукт гена человека ATP1B3. Бета-цепь Na+/K+-АТФ-аза, принадлежит к семейству бета-цепей Na+/K+-АТФ-аз и Н+/К+-АТФаз.
Рецепторы сульфонилмочевины — мембранные белки, которые являются мишенями сульфонилмочевины и её производных. Представляют собой субъединицы АТФ-чувствительных калиевых ионных каналов.
Ионный транспортёр — трансмембранный белок, который перемещает ионы через биологическую мембрану для выполнения множества различных биологических функций, включая клеточную связь, поддержание гомеостаза, производство энергии и т. д. Существуют разные типы транспортёров, включая насосы, унипортёры, антипортёры и симпортёры. Активные транспортёры или ионные насосы — это переносчики, которые преобразуют энергию из различных источников, включая аденозинтрифосфат (АТФ), солнечный свет и другие окислительно-восстановительные реакции, в потенциальную энергию, двигая ион вверх по градиенту его концентрации. Эта потенциальная энергия может затем использоваться вторичными транспортёрами, включая транспортёры ионов и ионные каналы, для управления жизненно важными клеточными процессами, такими как синтез АТФ.
Эта страница основана на статье Википедии. Текст доступен на условиях лицензии CC BY-SA 4.0; могут применяться дополнительные условия. Изображения, видео и звуки доступны по их собственным лицензиям.
