Canal de potasio dependiente de voltaje

Canal de potasio eucariota
Canal de potasio, estructura en un entorno similar a una membrana. Los límites de hidrocarburos calculados de la bicapa lipídica se indican mediante puntos rojos y azules.
Identificadores
Símbolo	Ion_trans
Pfam	PF00520
InterPro	IPR005821
SCOP2	1bl8 / SCOPe / SUPFAM
TCDB	1.A.1
Superfamilia OPM	8
Proteína OPM	2a79
Membranome	217
Estructuras proteicas disponibles: Pfam   estructuras / ECOD   PDB RCSB PDB ; PDBe ; PDBj PDBsum resumen de estructura

Canal de iones (bacteriano)
Canal de potasio KcsA. Los límites de hidrocarburos calculados de la bicapa lipídica se indican mediante puntos rojos y azules.
Identificadores
Símbolo	Ion_trans_2
Pfam	PF07885
InterPro	IPR013099
SCOP2	1bl8 / SCOPe / SUPFAM
Proteína OPM	1r3j
Estructuras proteicas disponibles: Pfam   estructuras / ECOD   PDB RCSB PDB ; PDBe ; PDBj PDBsum resumen de estructura

Canal de potasio lento dependiente de voltaje (canal de potasio, dependiente de voltaje, subunidad beta, KCNE)
Identificadores
Símbolo	ISK_Channel
Pfam	PF02060
InterPro	IPR000369
TCDB	8.A.10
Membranome	218
Estructuras proteicas disponibles: Pfam   estructuras / ECOD   PDB RCSB PDB ; PDBe ; PDBj PDBsum resumen de estructura

Canal de potasio dependiente de voltaje KCNQ
Identificadores
Símbolo	KCNQ_channel
Pfam	PF03520
InterPro	IPR013821
Estructuras proteicas disponibles: Pfam   estructuras / ECOD   PDB RCSB PDB ; PDBe ; PDBj PDBsum resumen de estructura

Canal de K + controlado por voltaje Kv2
Identificadores
Símbolo	Kv2channel
Pfam	PF03521
InterPro	IPR003973
Estructuras proteicas disponibles: Pfam   estructuras / ECOD   PDB RCSB PDB ; PDBe ; PDBj PDBsum resumen de estructura

Los canales de potasio dependientes de voltaje ( VGKC ) son canales transmembrana específicos para el potasio y sensibles a los cambios de voltaje en el potencial de membrana de la célula . Durante los potenciales de acción , juegan un papel crucial en el retorno de la célula despolarizada a un estado de reposo.

Clasificación

Subunidades alfa

Las subunidades alfa forman el poro de conductancia real. Sobre la base de la homología de secuencia de los núcleos transmembrana hidrófobos, las subunidades alfa de los canales de potasio dependientes de voltaje se agrupan en 12 clases. Estos están etiquetados como K _v α1-12. ^[1] La siguiente es una lista de las 40 subunidades alfa conocidas del canal de potasio dependiente de voltaje humano agrupadas primero según la función y luego subgrupadas según el esquema de clasificación de homología de secuencia K _v :

Rectificador retardado

inactivando o no inactivando lentamente

• K _v α1.x - Shaker relacionado con : K _v 1.1 ( KCNA1 ), K _v 1.2 ( KCNA2 ), K _v 1.3 ( KCNA3 ), K _v 1.5 ( KCNA5 ), K _v 1.6 ( KCNA6 ), K _v 1.7 ( KCNA7 ), K _v 1.8 ( KCNA10 )
• K _v α2.x - Relacionado con Shab: K _v 2.1 ( KCNB1 ), K _v 2.2 ( KCNB2 )
• K _v α3.x - Relacionado con Shaw: K _v 3.1 ( KCNC1 ), K _v 3.2 ( KCNC2 )
• K _v α7.x: K _v 7,1 ( KCNQ1 ) - KvLQT1 , K _v 7,2 ( KCNQ2 ), K _v 7,3 ( KCNQ3 ), K _v 7,4 ( KCNQ4 ), K _v 7,5 ( KCNQ5 )
• K _v α10.x: K _v 10.1 ( KCNH1 )

Canal de potasio tipo A

inactivando rápidamente

• K _v α1.x - Relacionado con Shaker: K _v 1.4 ( KCNA4 )
• K _v α4.x - Relacionado con Shal: K _v 4.1 ( KCND1 ), K _v 4.2 ( KCND2 ), K _v 4.3 ( KCND3 )

Rectificación hacia el exterior

• K _v α10.x: K _v 10,2 ( KCNH5 )

Rectificación interior

Pasa la corriente más fácilmente hacia adentro (dentro de la celda, desde afuera).

• K _v α11.x - canales de potasio ether-a-go-go : K _v 11.1 ( KCNH2 ) - hERG , K _v 11.2 ( KCNH6 ), K _v 11.3 ( KCNH7 )

Activando lentamente

• K _v α12.x: K _v 12.1 ( KCNH8 ), K _v 12.2 ( KCNH3 ), K _v 12.3 ( KCNH4 )

Modificador / silenciador

No se pueden formar canales funcionales como homotetrameros, sino que se heterotetramerizan con miembros de la familia K _v α2 para formar canales conductores.

• K _v α5.x: K _v 5.1 ( KCNF1 )
• K _contra α6.x: K _contra 6.1 ( KCNG1 ), K _contra 6.2 ( KCNG2 ), K _contra 6.3 ( KCNG3 ), K _contra 6.4 ( KCNG4 )
• K _v α8.x: K _v 8.1 ( KCNV1 ), K _v 8.2 ( KCNV2 )
• K _v α9.x: K _v 9,1 ( KCNS1 ), K _v 9,2 ( KCNS2 ), K _v 9,3 ( KCNS3 )

Subunidades beta

Las subunidades beta son proteínas auxiliares que se asocian con subunidades alfa, a veces en una estequiometría α ₄ β ₄ . ^[2] Estas subunidades no conducen la corriente por su propia cuenta, sino más bien modulan la actividad de K _V canales. ^[3]

• K _contra β1 ( KCNAB1 )
• K _contra β2 ( KCNAB2 )
• K _contra β3 ( KCNAB3 )
• minK ^[4] ( KCNE1 )
• MiRP1 ^[5] ( KCNE2 )
• MiRP2 ( KCNE3 )
• MiRP3 ( KCNE4 )
• Tipo KCNE1 ( KCNE1L )
• KCNIP1 ( KCNIP1 )
• KCNIP2 ( KCNIP2 )
• KCNIP3 ( KCNIP3 )
• KCNIP4 ( KCNIP4 )

Las proteínas minK y MiRP1 son supuestas subunidades beta de hERG. ^[6]

Investigación animal

Los canales de K ⁺ activados por voltaje que proporcionan las corrientes de salida de los potenciales de acción tienen similitudes con los canales de K ⁺ bacterianos .

Estos canales han sido estudiados por difracción de rayos X , lo que permite la determinación de características estructurales a resolución atómica.

La función de estos canales se explora mediante estudios electrofisiológicos .

Los enfoques genéticos incluyen la detección de cambios de comportamiento en animales con mutaciones en los genes de los canales de K ⁺ . Dichos métodos genéticos permitieron la identificación genética del gen del canal de K ⁺ "Shaker" en Drosophila antes de que las secuencias de genes del canal iónico fueran bien conocidas.

El estudio de las propiedades alteradas de las proteínas de los canales de K ⁺ dependientes de voltaje producidas por genes mutados ha ayudado a revelar las funciones funcionales de los dominios de las proteínas de los canales de K ⁺ e incluso de los aminoácidos individuales dentro de sus estructuras.

Estructura

Normalmente, los canales de K ⁺ activados por voltaje de los vertebrados son tetrámeros de cuatro subunidades idénticas dispuestas como un anillo, cada una de las cuales contribuye a la pared del poro de K ⁺ transmembrana . Cada subunidad está compuesta por seis secuencias de hélice α hidrófobas que abarcan membranas , así como un sensor de voltaje en S4. El lado intracelular de la membrana contiene extremos amino y carboxi. ^[7] La estructura cristalográfica de alta resolución de la rata K _v canal α1.2 / β2 se ha resuelto recientemente (Proteína Banco de datos Número de Acceso 2A79 ), ^[8] y luego refinada en un lípido de membrana como el medio ambiente ( PDB : 2r9r ).

Selectividad

Artículo principal: Canal de potasio § Filtro de selectividad

Los canales de K ⁺ activados por voltaje son selectivos para K ⁺ sobre otros cationes como el Na ⁺ . Hay un filtro de selectividad en la parte más estrecha del poro transmembrana.

Los estudios de mutación de canales han revelado las partes de las subunidades que son esenciales para la selectividad iónica. Incluyen la secuencia de aminoácidos (Thr-Val-Gly-Tyr-Gly) o (Thr-Val-Gly-Phe-Gly) típica del filtro de selectividad de los canales de K ⁺ activados por voltaje. A medida que el K ⁺ pasa a través del poro, se evitan las interacciones entre los iones de potasio y las moléculas de agua y el K ⁺ interactúa con componentes atómicos específicos de las secuencias Thr-Val-Gly- [YF] -Gly de las cuatro subunidades del canal [1] .

Puede parecer contradictorio que un canal permita el paso de los iones de potasio pero no de los iones de sodio más pequeños. Sin embargo, en un ambiente acuoso, los cationes de potasio y sodio son solvatados por moléculas de agua. Al moverse a través del filtro de selectividad del canal de potasio, las interacciones agua-K ⁺ se reemplazan por interacciones entre K ⁺ y grupos carbonilo de la proteína del canal. El diámetro del filtro de selectividad es ideal para el catión potasio, pero demasiado grande para el catión sodio más pequeño. Por tanto, los cationes potasio están bien "solvatados" por los grupos carbonilo de la proteína, pero estos mismos grupos carbonilo están demasiado separados para solvatar adecuadamente el catión sodio. Por tanto, el paso de los cationes de potasio a través de este filtro de selectividad está fuertemente favorecido sobre los cationes de sodio.

Conformaciones abiertas y cerradas

La estructura del K ⁺ dependiente de voltaje de los mamíferosEl canal se ha utilizado para explicar su capacidad para responder al voltaje a través de la membrana. Tras la apertura del canal, los cambios conformacionales en los dominios del sensor de voltaje (VSD) dan como resultado la transferencia de 12-13 cargas elementales a través del campo eléctrico de la membrana. Esta transferencia de carga se mide como una corriente capacitiva transitoria que precede a la apertura del canal. Se sabe que varios residuos cargados del VSD, en particular cuatro residuos de arginina ubicados regularmente en cada tercera posición del segmento S4, se mueven a través del campo transmembrana y contribuyen a la carga de activación. La posición de estas argininas, conocidas como argininas de activación, están muy conservadas en todos los canales de potasio, sodio o calcio activados por voltaje. Sin emabargo,el alcance de su movimiento y su desplazamiento a través del potencial transmembrana ha sido objeto de un extenso debate.^[9] Se han identificado dominios específicos de las subunidades del canal que son responsables de la detección de voltaje y la conversión entre las conformaciones abiertas y cerradas del canal. Hay al menos dos conformaciones cerradas. En el primero, el canal puede abrirse si el potencial de membrana se vuelve más positivo. Este tipo de compuerta está mediado por un dominio de detección de voltaje que consiste en la hélice alfa S4 que contiene 6-7 cargas positivas. Los cambios en el potencial de membrana hacen que esta hélice alfa se mueva en la bicapa lipídica. Este movimiento a su vez da como resultado un cambio conformacional en las hélices adyacentes S5-S6 que forman el poro del canal y hacen que este poro se abra o se cierre. En el segundo, inactivación "tipo N" , K ⁺ dependiente de voltajelos canales se inactivan después de abrirse, entrando en una conformación cerrada distintiva. En esta conformación inactivada, el canal no puede abrirse, incluso si el voltaje transmembrana es favorable. El dominio amino terminal del canal de K ⁺ o una proteína auxiliar puede mediar la inactivación de "tipo N". El mecanismo de este tipo de inactivación se ha descrito como un modelo de "bola y cadena", donde el extremo N de la proteína forma una bola que está atada al resto de la proteína a través de un bucle (la cadena). ^[10] La bola atada bloquea el poro interno, evitando el movimiento de iones a través del canal. ^{[11] [12]}

Farmacología

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Para los bloqueadores y activadores de los canales de potasio activados por voltaje, ver: bloqueador de canales de potasio y abridor de canales de potasio .

Ver también

• Canal de iones
• Dominio de tetramerización del canal de potasio
• Familia de canales de iones

Referencias

1. Gutman GA, Chandy KG, Grissmer S, Lazdunski M, McKinnon D, Pardo LA, Robertson GA, Rudy B, Sanguinetti MC, Stühmer W, Wang X (diciembre de 2005). "Unión Internacional de Farmacología. LIII. Nomenclatura y relaciones moleculares de los canales de potasio dependientes de voltaje". Revisiones farmacológicas . 57 (4): 473–508. doi : 10.1124 / pr.57.4.10 . PMID  16382104 .
2. Pongs O, Leicher T, Berger M, Roeper J, Bähring R, Wray D, Giese KP, Silva AJ, Storm JF (abril de 1999). "Aspectos funcionales y moleculares de las subunidades beta del canal de K + dependiente de voltaje". Anales de la Academia de Ciencias de Nueva York . 868 (30 de abril): 344–55. doi : 10.1111 / j.1749-6632.1999.tb11296.x . PMID 10414304 . 
3. Li Y, Um SY, McDonald TV (junio de 2006). "Canales de potasio dependientes de voltaje: regulación por subunidades accesorias". El neurocientífico . 12 (3): 199–210. doi : 10.1177 / 1073858406287717 . PMID 16684966 . 
4. Zhang M, Jiang M, Tseng GN (mayo de 2001). "El péptido 1 relacionado con minK se asocia con Kv4.2 y modula su función de activación: ¿papel potencial como subunidad beta del canal externo transitorio cardíaco?" . Investigación de circulación . 88 (10): 1012–9. doi : 10.1161 / hh1001.090839 . PMID 11375270 . 
5. McCrossan ZA, Abbott GW (noviembre de 2004). "Los péptidos relacionados con MinK". Neurofarmacología . 47 (6): 787–821. doi : 10.1016 / j.neuropharm.2004.06.018 . PMID 15527815 . 
6. Anantharam A, Abbott GW (2005). ¿HERG se ensambla con una subunidad beta? Evidencia de los roles de MinK y MiRP1 . Simposio de la Fundación Novartis . Simposios de la Fundación Novartis. 266 . pp. 100-12, discusión 112-7, 155-8. doi : 10.1002 / 047002142X.fmatter . ISBN 9780470021408. PMID  16050264 .
7. Yellen G (septiembre de 2002). "Los canales de potasio dependientes de voltaje y sus parientes". Naturaleza . 419 (6902): 35–42. doi : 10.1038 / nature00978 . PMID 12214225 . 
8. Long SB, Campbell EB, Mackinnon R (agosto de 2005). "Estructura cristalina de un canal K + de la familia Shaker dependiente de voltaje de mamífero". Ciencia . 309 (5736): 897–903. doi : 10.1126 / science.1116269 . PMID 16002581 . 
9. Lee SY, Lee A, Chen J, MacKinnon R (octubre de 2005). "Estructura del canal de K + dependiente de voltaje KvAP y su dependencia de la membrana lipídica" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 102 (43): 15441–6. doi : 10.1073 / pnas.0507651102 . PMC 1253646 . PMID 16223877 .  
10. Antz C, Fakler B (agosto de 1998). "Inactivación rápida de canales K (+) activados por voltaje: de dibujos animados a estructura" (PDF) . Actualidad en Ciencias Fisiológicas . 13 (4): 177–182. doi : 10.1152 / physiologyonline.1998.13.4.177 . PMID 11390785 .  
11. Armstrong CM, Bezanilla F (abril de 1973). "Corrientes relacionadas con el movimiento de las partículas de puerta de los canales de sodio". Naturaleza . 242 (5398): 459–61. doi : 10.1038 / 242459a0 . PMID 4700900 . 
12. Murrell-Lagnado RD, Aldrich RW (diciembre de 1993). "Energética de los canales de Shaker K bloquean por péptidos de inactivación" . La Revista de Fisiología General . 102 (6): 977–1003. doi : 10.1085 / jgp.102.6.977 . PMC 2229186 . PMID 8133246 .  

Enlaces externos

• Canales + potasio + dependientes de voltaje en los encabezados de temas médicos (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU .
• "Canales de potasio activados por voltaje" . Base de datos IUPHAR de receptores y canales de iones . Unión Internacional de Farmacología Básica y Clínica.
• Li B, Gallin WJ (enero de 2004). "VKCDB: base de datos de canales de potasio dependientes de voltaje" . BMC Bioinformática . 5 : 3. doi : 10.1186 / 1471-2105-5-3 . PMC  317694 . PMID  14715090 .
• "Base de datos de canales de potasio dependientes de voltaje (VKCDB)" en ualberta.ca
• UMich Orientación de proteínas en familias de membranas / superfamilia-8 - Posiciones espaciales de los canales de potasio dependientes de voltaje en las membranas