Калиевые каналы

Ионы калия движутся по каналу

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].

Функция

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.
• Калиевые каналы внутреннего выпрямления — пропускают ионы калия внутрь клетки.
• 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].

Класс	Подкласс	Функция	Блокаторы	Активаторы
Кальций-зависимые 6Т^[англ.] и 1P	канал BK канал SK канал IK	активируется в ответ на повышение внутриклеточной концентрации кальция	харибдотоксин ибериотоксин апамин	1-EBIO NS309 CyPPA
Калиевые каналы внутреннего выпрямления 2T^[англ.] и 1P	ROMK (Kir1.1)	секреция калия в восходящем колене петли Генле (нефрон)	Не селективно: Ba^2+, Cs^+	нет
	GPCR-регулируемые (Kir3.x)	опосредуют ингибиторные эффекты многих GPCR	антогинисты GPCR ифенпродил[5]	агонисты GPCR
	АТФ-чувствительные (Kir6.x)	закрываются, когда высокая концентрация АТФ вызывает секрецию инсулина	глибенкламид толбутамид	диазоксид пинацидил миноксидил никорандил
Двупоровые калиевые каналы 4Т^[англ.] и 2P	TWIK (TWIK-1, TWIK-2, KCNK7)[6][7] TREK (TREK-1, TREK-2, TRAAK[8])[6][7] TASK (TASK-1, TASK-3, TASK-5)[6][7] TALK (TASK-2,[9] TALK-1, TALK-2)[6][7] THIK (THIK-1, THIK-2)[6][7] TRESK[6][7][10][11]	формируют потенциал покоя	бупивакаин[12][13][14][15] хинидин[13][16][17][18][19]	галотан[13][20][21]
Потенциал-зависимые 6T^[англ.] и 1P	hERG (Kv11.1) KvLQT1 (Kv7.1)	потенциал действия реполяризация мембраны ограничивают количество потенциалов действия (нарушение сердечного ритма)	тетраэтлиаммоний 4-аминопиридин дендротоксины (некоторые типы)	ретигабин (Kv7)[22]

Структура

Potassium channel Kv1.2, structure in a membrane-like environment. Calculated hydrocarbon boundaries of the lipid bilayer are indicated by red and blue lines.

Калий-селективный фильтр

Структура калиевого канала бактерии

^[23]

Механизм селективности

Гидрофобная область

Центральная полость

Регуляция

Graphical representation of open and shut potassium channels (PDB 1lnq and PDB 1k4c). 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.

См. также

• Натриевые каналы
• Кальциевые каналы

Примечания

1. Littleton J.T., Ganetzky B. Ion channels and synaptic organization: analysis of the Drosophila genome (англ.) // Neuron : journal. — Cell Press, 2000. — Vol. 26, no. 1. — P. 35—43. — doi:10.1016/S0896-6273(00)81135-6. — PMID 10798390.
2. Hille, Bertil. Chapter 5: Potassium Channels and Chloride Channels // Ion channels of excitable membranes (неопр.). — Sunderland, Mass: Sinauer^[англ.], 2001. — С. 131—168. — ISBN 0-87893-321-2.
3. Thomas M.; Jessell; Kandel, Eric R.; Schwartz, James H. Chapter 6: Ion Channels // Principles of Neural Science^[англ.] (неопр.). — 4th. — New York: McGraw-Hill Education, 2000. — С. 105—124. — ISBN 0-8385-7701-6.
4. Rang, H. P. Pharmacology (неопр.). — Edinburgh: Churchill Livingstone^[англ.], 2003. — С. 60. — ISBN 0-443-07145-4.
5. Kobayashi T., Washiyama K., Ikeda K. Inhibition of G protein-activated inwardly rectifying K+ channels by ifenprodil (англ.) // Neuropsychopharmacology^[англ.] : journal. — Nature Publishing Group, 2006. — Vol. 31, no. 3. — P. 516—524. — doi:10.1038/sj.npp.1300844. — PMID 16123769.
6. Enyedi P., Czirják G. Molecular background of leak K⁺ currents: two-pore domain potassium channels (англ.) // Physiological Reviews^[англ.] : journal. — 2010. — Vol. 90, no. 2. — P. 559—605. — doi:10.1152/physrev.00029.2009. — PMID 20393194.
7. Lotshaw 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. — PMID 17652773.
8. 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. — PMID 9628867. — PMC 1170668.
9. 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. — PMID 11256078.
10. 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. — PMID 12754259.
11. 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. — PMID 14981085.
12. 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. — PMID 10201682.
13. Meadows H.J., Randall A.D. Functional characterisation of human TASK-3, an acid-sensitive two-pore domain potassium channel (англ.) // Neuropharmacology : journal. — 2001. — Vol. 40, no. 4. — P. 551—559. — doi:10.1016/S0028-3908(00)00189-1. — PMID 11249964.
14. 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. — PMID 12660311.
15. 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. — PMID 12760993.
16. 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. — PMID 8605869. — PMC 449995.
17. 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. — PMID 9312005. — PMC 1170177.
18. 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. — PMID 9812978.
19. 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. — PMID 10784345.
20. 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. — PMID 10321245.
21. Gray A.T., Zhao B.B., Kindler C.H., Winegar B.D., Mazurek M.J., Xu J., Chavez R.A., Forsayeth J.R., Yost C.S. Volatile anesthetics activate the human tandem pore domain baseline K+ channel KCNK5 (англ.) // Anesthesiology^[англ.] : journal. — Lippincott Williams & Wilkins^[англ.], 2000. — Vol. 92, no. 6. — P. 1722—1730. — doi:10.1097/00000542-200006000-00032. — PMID 10839924.
22. 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. — PMID 18590620. — PMC 2587091.
23. 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. — PMID 11689936.
24. Ball, Philip. The crucible: Art inspired by science should be more than just a pretty picture (англ.) // Chemistry World^[англ.] : magazine. — 2008. — March (vol. 5, no. 3). — P. 42—43. Архивировано 20 июня 2013 года.

Ссылки

• MeSH Potassium+Channels
• Neuromuscular Disease Center. Potassium Channels  (неопр.). Washington University in St. Louis (4 марта 2008). Дата обращения: 10 марта 2008.