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 , desempeñan un papel crucial en el retorno de la célula despolarizada a un estado de reposo.
Las subunidades alfa forman el poro de conductancia propiamente dicho. Según 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. Estas se denominan K v α1-12. [1] La siguiente es una lista de las 40 subunidades alfa conocidas de los canales de potasio dependientes de voltaje humanos agrupadas primero según la función y luego subagrupadas según el esquema de clasificación de homología de secuencia K v :
inactivación lenta o no inactivación
inactivando rápidamente
Pasa la corriente más fácilmente en dirección interna (hacia dentro de la celda, desde afuera).
No pueden formar canales funcionales como homotetrámeros sino que se heterotetramerizan con miembros de la familia K v α2 para formar canales conductores.
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 corriente por sí solas, sino que modulan la actividad de los canales K v . [3]
Las proteínas minK y MiRP1 son supuestas subunidades beta de hERG. [6]
Los canales de K + dependientes de voltaje que proporcionan las corrientes salientes de los potenciales de acción tienen similitudes con los canales de K + bacterianos .
Estos canales han sido estudiados mediante difracción de rayos X , permitiendo la determinación de características estructurales con resolución atómica.
La función de estos canales se explora mediante estudios electrofisiológicos .
Los métodos genéticos incluyen la detección de cambios de comportamiento en animales con mutaciones en los genes del canal de K + . Estos métodos genéticos permitieron la identificación genética del gen del canal de K + "Shaker" en Drosophila antes de que se conocieran bien las secuencias de los genes del canal iónico.
El estudio de las propiedades alteradas de las proteínas del canal de K + dependientes de voltaje producidas por genes mutados ha ayudado a revelar los roles funcionales de los dominios de las proteínas del canal de K + e incluso de aminoácidos individuales dentro de sus estructuras.
Por lo general, los canales de K + dependientes del voltaje de vertebrados son tetrámeros de cuatro subunidades idénticas dispuestas como un anillo, cada una de las cuales contribuye a la pared del poro transmembrana de K + . Cada subunidad está compuesta por seis secuencias α-helicoidales hidrófobas que abarcan la membrana , así como un sensor de voltaje en S4. El lado intracelular de la membrana contiene terminales amino y carboxi. [7] La estructura cristalográfica de alta resolución del canal K v α1.2/β2 de rata se ha resuelto recientemente (número de acceso al banco de datos de proteínas 2A79 ), [8] y luego se ha refinado en un entorno similar a una membrana lipídica ( PDB : 2r9r ).
Los canales de K + dependientes del voltaje son selectivos para el K + en lugar de 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 + dependientes del 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 iones de potasio pero no de iones de sodio más pequeños. Sin embargo, en un entorno acuoso, los cationes potasio y sodio son solvatados por moléculas de agua. Al pasar a través del filtro de selectividad del canal de potasio, las interacciones agua-K + son reemplazadas 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 lo tanto, los cationes potasio son bien "solvatados" por los grupos carbonilo de la proteína, pero estos mismos grupos carbonilo están demasiado separados para solvatar adecuadamente el catión sodio. Por lo tanto, el paso de cationes potasio a través de este filtro de selectividad es fuertemente favorecido por sobre los cationes sodio.
La estructura del canal de K + dependiente de voltaje de los mamíferos se ha utilizado para explicar su capacidad de responder al voltaje a través de la membrana. Al abrirse el canal, los cambios conformacionales en los dominios sensores 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 en el 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, está altamente conservada en todos los canales de potasio, sodio o calcio dependientes de voltaje. Sin embargo, la extensión de su movimiento y su desplazamiento a través del potencial transmembrana ha sido objeto de un amplio 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 abierta y cerrada del canal. Existen al menos dos conformaciones cerradas. En la primera, el canal puede abrirse si el potencial de membrana se vuelve más positivo. Este tipo de activación está mediada por un dominio sensor 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 resulta en un cambio conformacional en las hélices S5–S6 adyacentes que forman el poro del canal y hacen que este poro se abra o se cierre. En la segunda, la inactivación de "tipo N" , los canales de K + activados por voltaje 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 pueden 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 unida al resto de la proteína a través de un bucle (la cadena). [10] La bola atada bloquea el poro interno, impidiendo el movimiento de iones a través del canal. [11] [12]
Para bloqueadores y activadores de los canales de potasio dependientes de voltaje, consulte: bloqueador del canal de potasio y abridor del canal de potasio .
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