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 a la hora de devolver la célula despolarizada a un estado de reposo.
Las subunidades alfa forman el poro de conductancia real. Según la homología de secuencia de los núcleos transmembrana hidrofóbicos, 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 del canal de potasio humano dependientes de voltaje conocidas, agrupadas primero según su función y luego subgrupos según el esquema de clasificación de homología de secuencia Kv :
lentamente inactivante o no inactivante
inactivando rápidamente
Pasa la corriente más fácilmente hacia adentro (dentro de la celda, desde afuera).
No se 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 las 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 Kv . [3]
Las proteínas minK y MiRP1 son supuestas subunidades beta de hERG. [6]
Los canales de K + dependientes de 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 mediante difracción de rayos X , lo que permite determinar características estructurales con 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 del canal de K + . Dichos métodos genéticos permitieron la identificación genética del gen del canal K + "Shaker" en Drosophila antes de que las secuencias del gen del canal iónico fueran bien conocidas.
El estudio de las propiedades alteradas de las proteínas del canal de K + dependientes de voltaje producidas por genes mutados ha ayudado a revelar las funciones funcionales de los dominios de las proteínas del canal de K + e incluso de los aminoácidos individuales dentro de sus estructuras.
Normalmente, los canales de K + dependientes de voltaje de los vertebrados son tetrámeros de cuatro subunidades idénticas dispuestas en forma de 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 del canal K v α1.2/β2 de rata se resolvió recientemente (Número de acceso al banco de datos de proteínas 2A79 ), [8] y luego se refinó en un entorno similar a una membrana lipídica ( PDB : 2r9r). ).
Los canales de K + dependientes de voltaje son selectivos para el K + frente a 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 de 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 deba permitir 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 pasar a través del filtro de selectividad del canal de potasio, las interacciones agua-K + son reemplazadas por interacciones entre los grupos K + y 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 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 lo tanto, el paso de cationes de potasio a través de este filtro de selectividad se ve fuertemente favorecido con respecto al de los cationes de sodio.
La estructura del canal de K + dependiente de voltaje de los mamíferos se ha utilizado para explicar su capacidad para responder al voltaje a través de la membrana. Al abrir el canal, los cambios conformacionales en los dominios del sensor de voltaje (VSD) dan como resultado la transferencia de 12 a 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, 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 abierta y cerrada 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 activación está mediada por un dominio de detección de voltaje que consta de la hélice alfa S4 que contiene de 6 a 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 S5-S6 adyacentes que forman el poro del canal y hacen que este poro se abra o cierre. En la segunda, la inactivación "tipo N" , los canales de K + dependientes de 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 K + o una proteína auxiliar pueden mediar en la inactivación "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 orificio interior, impidiendo el movimiento de iones a través del canal. [11] [12]
Para bloqueadores y activadores de canales de potasio dependientes de voltaje, consulte: bloqueador de canales de potasio y abridor de canales de potasio .
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