Kálium-csatorna - biológia

biológia


A Kálium-csatorna (angol. káliumcsatorna) olyan ioncsatornát jelöl, amely kifejezetten átengedi a káliumotionok megengedettek. A káliumionok szállítása a káliumcsatornán keresztül passzívan zajlik diffúzió útján. Irányát a káliumionok elektrokémiai hajtóereje határozza meg.

A különböző káliumcsatornák aktivációs mechanizmusai

Feszültség által aktivált káliumcsatornák

A feszültség által aktivált káliumcsatornák (TCDB: 1.A.1.2) akkor nyílnak meg, amikor a membránpotenciál megváltozik, és támogatják pl. B. a repolarizáció egy neuron akciós potenciálja alatt. Ez a fajta káliumcsatorna a membrán depolarizálásával aktiválódik ugyanolyan küszöbpotenciálon, mint a nátriumcsatornáké. Az ilyen típusú káliumcsatorna megnyitása azonban sokkal lassabb és hosszabb ideig tart, mint a nátriumcsatornaé.

Egy másik feszültség által aktivált káliumcsatorna rendkívül gyorsan nyílik és záródik a depolarizáció során (10 −4–10 −5 s), rövid ideig repolarizáló kálium kiáramlást (A áram) okozva. Egy jelenlegi, IA) és ezáltal lehetővé teszi az idegsejtek gyors „tüzet”.

Megkülönböztetünk kifelé és befelé egyenirányító káliumcsatornákat (kifelé egyenirányító/befelé irányuló egyenirányító).

Kalciummal aktivált káliumcsatornák

(TCDB: 1.A.1.3) Megnyílnak, amikor az intracelluláris kalciumion-koncentráció meredeken emelkedik, és ezáltal repolarizálják vagy hiperpolarizálják a sejtmembránt.

G fehérje által aktivált káliumcsatornák

Ezek olyan káliumcsatornák, amelyek közvetlenül a G-fehérjéken vagy közvetve keresztül mennek második hírnök szabályozni kell. Miután a G fehérjéhez kapcsolt receptort (GPCR) ligandummal aktiváltuk (például az acetilkolin a muszkarin acetilkolin receptor esetében), a GDP-t GTP-re cseréljük a G-fehérje Gα egységében. Az ennek eredményeként aktiválódó fehérjében az α egység most leválik a többiről, ami azt jelenti, hogy a Gβγ a káliumcsatornához képes kötődni és kinyitni. Ez addig marad nyitva, amíg a megkötött GTP a Gα-on újra hidrolizálódik a GDP-re és az alegységek újraalakulnak. Ezek a csatornák fontos szerepet játszanak a szívfrekvencia szabályozásában az autonóm idegrendszer parasimpatikus részén keresztül és a központi idegrendszeri szinapszisok gátlásában.

Mechanikusan aktivált káliumcsatornák

A membrán nyomásával vagy meghúzásával nyílnak meg. Így z. B. a káliumcsatornák a Tipplinkek a sztereocilia, azaz a belső fül érzékelő szőrsejtjei.

ATP-érzékeny káliumcsatornák

Megnyílnak, amikor a sejt ATP szintje csökken, és pl. B. a hasnyálmirigy inzulintermelő béta sejtjeiben és a hipotalamusz neuronjaiban található. [1]

Az ATP-érzékeny káliumcsatornákat a szulfonilureák csoportjából származó gyógyszerek blokkolják. [2] Az ATP-érzékeny káliumcsatorna szabályozó alegységeit (SUR1) kódoló ABCC8 gén aktiváló mutációi az újszülött veleszületett diabetes mellitusának (újszülöttkori diabetes mellitus) körülbelül 12% -áért felelősek. [3] Az ATP-érzékeny káliumcsatorna Kir6.2 alegységeit kódoló KCNJ11 gén mutációinak aktiválása felelős az újszülöttkori cukorbetegség 35–58% -áért. Az újszülöttkori diabetes mellitus sikeresen kezelhető szulfonilureákkal. [4] Az ABCC8 gén inaktiváló mutációi viszont kora gyermekkorban hipoglikémiához vezetnek (familiáris hiperinsulinémiás hipoglikémia). [5]

A Kálium-csatorna KIR4.1 a központi idegrendszeri gliasejteken található meg, különösen az asztrocitákon, az oligodendrocytákon és a Bergmann gliasejteken. Úgy tűnik, hogy a fő feladat egy térbeli pufferelés a káliumgradiensből az axonális ingerületvezetés fenntartása érdekében. [6] A Kir4.1 nélküli knock-out egerek súlyos hypomyelinációt és axonális változásokat mutattak. A káliumcsatorna elleni IgG autoantitesteket a sclerosis multiplexben szenvedő betegek egy alcsoportjában találtuk. [7] A KIR4.1 kódoló KCNJ10 gén mutációi EAST vagy SeSAME szindrómával társulnak, amely epilepsziával, ataxiával, vese tubulopathiával és süketséggel társul.

szelektivitás

A káliumcsatornák pórust képeznek a membránban. Az úgynevezett szelektivitási szűrő a pórus extracelluláris oldalán helyezkedik el. Ez a pórus a polipeptid gerincéből képződik, ahol a peptidkötések karbonil oxigénatomjai pontosan illeszkednek egymáshoz, hogy "átvegyék" az oxigén szerepét a káliumion hidratációs héjának vízmolekuláiban. Ez energetikailag stabilizált helyzeteket hoz létre a szelektivitási szűrőben (pontosabban 4) a káliumion számára, ami megkönnyíti a dehidrációt és ezáltal a káliumion áthaladását a póruson. A pórus belsejében van egy vízmolekulák zsebe, ahol a káliumionokat azonnal rehidrálják. Például a nátriumionok nem mennek át a szelektivitási szűrőn, annak ellenére, hogy kisebbek, mint a káliumionok. Ez azért van, mert a karbonil oxigénatomok túl messze vannak számukra, és nem pótolhatják a vízben lévő oxigénatomokat (itt nincs energetikai stabilizáció).

A káliumcsatorna gátlása

Más csatornákhoz hasonlóan a káliumcsatornákat is specifikusan blokkolhatják molekulák vagy peptidek. A káliumcsatorna típusától függően különböző anyagok képesek erre. Tehát z. B. a kalciumfüggő káliumcsatornák specifikusan blokkolhatók más csatornák befolyásolása nélkül. Ezért nem minden inhibitornak ugyanaz a hatása a testben, mivel a különböző típusú csatornák előfordulásukban és működésükben különböznek egymástól.

Gyakran az inhibitor közvetlenül a csatorna pórusára hat azáltal, hogy bezárja azt (például a tetraetil-ammónium kation), legyen az a csatorna kívülről vagy belülről. Számos természetes növényi és állati toxin tartalmaz fehérjéket, amelyek gátolják a káliumcsatornákat. Például több mint 40 skorpióméregből származó peptid ismert, amelyek gátló hatást gyakorolnak a káliumcsatornákra. De a rovarmérgek, például a méhekben lévő apamin, szintén specifikusak a kalciumfüggő káliumcsatornákra.

Lásd még

dagad

  1. ↑ M.A- Sperling.: ATP-érzékeny káliumcsatornák - újszülöttkori cukorbetegség és azon túl N Engl J Med, 2006, 355: 507-510.
  2. ↑ Yokoshiki, H. és munkatársai: ATP-érzékeny K + csatornák a hasnyálmirigy, a szív és az érrendszeri simaizomsejtekben. Ban ben: American Journal of Physiology. 274, 1998, C25-37.
  3. ↑ A.P. Babenko et. al.: A mutációk aktiválása az ABCC8 génben újszülöttkori diabetes mellitusban N Engl J Med, 2006, 355: 456-466.
  4. ↑ E.R. Pearson et. al.: Váltás az inzulinról az orális szulfonilureákra diabéteszes betegeknél Kir6.2 mutációk miatt N Engl J Med, 2006, 355, 467-477
  5. M P.M. Thomas et. al.: A szulfonilureás receptor gén mutációi csecsemőkori familiáris perzisztens hiperinsulinémiás hipoglikémiában Science, 268: 5209: 426.
  6. ^ Anne H. Cross, Emmanuelle Waubant: A káliumcsatornák elleni antitestek sclerosis multiplexben. New England Journal of Medicine 2012; 367: 172-174
  7. Ugrás fel: 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: A KIR4.1 káliumcsatorna mint immuncél a sclerosis multiplexben. New England Journal of Medicine 2012; 367: 115-122

6. MacKinnon, R. 2004. ionvezetés és a szelektív ionvezetés atomi alapja (Nobel-előadás). Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 43: 4265-4277.