Калиевые каналы

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].

Ионы калия движутся по каналу

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.

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: Ba2+, 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