Canal de potasio dependiente de voltaje

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 celular . Durante los potenciales de acción , desempeñan un papel crucial en el retorno de la célula despolarizada a un estado de reposo.

^{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 se han estudiado mediante difracción de rayos X , lo que ha permitido determinar las 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 de los canales 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 de los canales iónicos.

^{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 de los dominios de las proteínas de los canales de K ⁺ e incluso de aminoácidos individuales dentro de sus estructuras.

^{Típicamente, los canales de K +} dependientes de voltaje de vertebrados son tetrámeros de cuatro subunidades idénticas dispuestas en forma de anillo, cada una contribuyendo a la pared del poro de K ⁺ transmembrana . Cada subunidad está compuesta por seis secuencias α-helicoidales hidrofóbicas que atraviesan la membrana , así como un sensor de voltaje en S4. El lado intracelular de la membrana contiene los extremos amino y carboxilo. ^{[ 7 ]} La estructura cristalográfica de alta resolución del canal K _v α1.2/β2 de rata se ha resuelto recientemente (número de acceso 2A79 de Protein Data Bank ) , ^{[ 8 ]} y luego se ha refinado 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 ⁺ . Existe un filtro de selectividad en la parte más estrecha del poro transmembrana.

Los estudios de mutación de canales iónicos han revelado las partes de las subunidades esenciales para la selectividad iónica. Estas 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 ⁺ atraviesa el poro, se impiden 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..

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

La estructura del canal de K ⁺ dependiente de voltaje de los mamíferos se ha utilizado para explicar su capacidad de respuesta al voltaje a través de la membrana. Al abrirse el 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, está altamente conservada en todos los canales de potasio, sodio o calcio dependientes de voltaje. Sin embargo, la magnitud 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, la cual contiene entre 6 y 7 cargas positivas. Los cambios en el potencial de membrana provocan el desplazamiento de esta hélice alfa en la bicapa lipídica. Este movimiento, a su vez, produce un cambio conformacional en las hélices S5 y S6 adyacentes que forman el poro del canal, lo que provoca su apertura o cierre. En la segunda, la inactivación de tipo N , los canales de K ⁺ dependientes de voltaje se inactivan tras su apertura, adoptando una conformación cerrada característica. 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 mediante un bucle (la cadena). ^{[ 10 ]} La bola unida bloquea el orificio interno, impidiendo el movimiento de iones a través del canal. ^{[ 11 ] [ 12 ]}

Para obtener información sobre bloqueadores y activadores de los canales de potasio dependientes de voltaje, consulte: bloqueador de canales de potasio y abridor de canales de potasio .

• Canal iónico
• Familia de canales iónicos
• Dominio de tetramerización del canal de potasio
• Base de datos de canales de potasio dependientes de voltaje (2004)

• Canales de potasio dependientes de voltaje en los encabezamientos de materias médicas (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU.
• Canales de potasio dependientes de voltaje . Base de datos de receptores y canales iónicos de la IUPHAR . 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 Bioinformatics . 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
• Orientación de proteínas en membranas (familias/superfamilia-8) - Posiciones espaciales de los canales de potasio dependientes de voltaje en membranas