Wikipedia

Saluran kalium

saluran ion yang secara selektif melewati K+
Revisi sejak 1 Juli 2018 10.04 oleh Irvan Ary Maulana (bicara | kontrib) (+ Struktur)

Saluran kalium adalah jenis saluran ion yang paling terdistribusi secara luas dan pada hakikatnya ditemukan pada semua makhluk hidup.[1] Saluran ini membentuk pori selektif kalium yang membentang pada membran sel. Lebih lanjut, saluran kalium ditemukan pada kebanyakan jenis sel dan mengontrol berbagai fungsi sel yang luas.[2][3]

Pandangan atas ion kalium (ungu) yang bergerak melintasi saluran kalium (PDB: 1BL8​)

Fungsi

Fungsi saluran kalium adalah untuk mengalirkan ion kalium menuruni gradien elektrokimia, melakukannya dengan cepat (hingga laju difusi ion K+ dalam air yang melimpah) dan selektif (tidak termasuk, terutama sekali, natrium walaupun perbedaan jari-jari ionnya berada pada subangstrom).[4] Secara biologis, saluran ini bertindak untuk mengatur atau mengatur ulang potensial rehat di banyak sel. Pada sel peka rangsang, seperti neuron, aliran lawan ion kalium yang terlambat membentuk potensial aksi.

Dengan berkontribusi pada regulasi durasi potensial aksi pada otot jantung, malfungsi saluran kalium dapat menyebabkan aritmia yang mengancam nyawa. Saluran kalium mungkin juga terlibat dalam menjaga tonus vaskular.

Saluran ini juga meregulasi proses seluler seperti hormon (sebagai contoh, insulin yang dilepas oleh sel beta di pankreas) sehingga malfungsi saluran ini dapat menyebabkan penyakit (seperti diabetes).

Jenis

Terdapat empat kelas utama saluran kalium:

Tabel berikut memuat perbandingan kelas utama saluran ion dengan contoh representatif (untuk daftar lengkap saluran di dalam setiap kelas, lihat halaman kelas masing-masing).

Kelas, fungsi, dan farmakologi saluran kalium.[5]
Kelas Subkelas Fungsi Penyekat Pengaktif
Teraktivasi kalsium
6T & 1P
  • terhambat dalam respons terhadap peningkatan kalsium intraseluler
  • 1-EBIO
  • NS309
  • CyPPA
Penyearah masuk
2T & 1P
  • mendaur ulang dan menyekresi kalium pada nefron
  • Nonselektif: Ba2+, Cs+
  • tidak ada
  • memediasi efek penghambatan banyak GPCR
  • menutup ketika ATP tinggi untuk mendorong sekresi insulin
Domain pori tandem
4T & 2P
Berpintu tegangan
6T & 1P

Struktur

 
Saluran kalium Kv1.2, struktur pada lingkungan serupa membran. Perkiraan batas hidrokarbon lipid dwilapis ditunjukkan oleh garis merah dan biru.

Saluran kalium memiliki struktur tetramer yang terdiri dari empat subunit protein identik dan membentuk kompleks simetri lipat empat (C4) tersusun mengitari pusat pori pengalir ion (homotetramer). Sebagai kemungkinan lain, empat subunit protein serupa tetapi tidak identik mungkin berasosiasi membentuk kompleks heterotetramer dengan simetri C4 semu. Semua subunit saluran kalium memiliki struktur gelung pori berbeda yang melapisi bagian atas pori dan bertanggung jawab atas permeabilitas selektif kalium.

Terdapat lebih dari 80 gen mamalia yang mengodekan subunit saluran kalium. Akan tetapi, saluran kalium yang ditemukan pada bakteri merupakan saluran ion yang paling dipelajari dalam hal struktur molekulernya. Dengan menggunakan kristalografi sinar-x,[24][25] diperoleh pengetahuan yang mendalam mengenai bagaimana ion kalium melintasi saluran ini dan mengapa ion natrium (lebih kecil) tidak dapat melintas.[26] Penghargaan Nobel Kimia 2003 diberikan kepada Rod MacKinnon atas mempelopori penelitian di bidang ini.[27]

Filter selektivitas

 
Struktur kristalografi saluran kalium KcsA bakteri (PDB: 1K4C​).[28] Pada gambar ini, hanya dua dari empat subunit tetramer yang ditampilkan untuk kejelasan. Protein ditampilkan sebagai diagarm kartun hijau. Sebagai tambahan, rantai utama gugus karbonil dan atom protein gugus samping treonin (oksigen = merah, karbon = hijau) ditampilkan. Terakhir, ion kalium (menempati S2 dan S4) dan atom oksigen dari molekul air (S1 dan S3) ditampilkan berturut-turut sebagai bola ungu dan merah.

Saluran kalium menghilangkan kulit hidrasi ion ketika memasuki filter selektivitas. Filter selektivitas dibentuk oleh lima sekuens residu, TVGYG, disebut sekuens tanda, di dalam setiap empat subunit. Sekuens tanda ini berada di dalam gelung antara heliks pori dengan TM2/6, sebelumnya disebut gelung-P. Sekuens tanda ini sangat terkonservasikan, dengan pengecualian residu valin pada saluran kalium prokariot sering disubstitusi dengan residu isoleusin pada saluran eukariot. Sekuens ini memakai struktur rantai utama unik, secara struktur analog dengan motif struktur protein sarang. Empat himpunan atom oksigen karbonil elektronegatif berbaris menghadap pusat pori filter dan membentuk persegi antiprisma serupa kulit pelarut air mengelilingi setiap situs pengikatan kalium. Jarak antara oksigen karbonil dengan ion kalium pada situs pengikatan filter selektivitas sama dengan jarak antara oksigen air pada kulit hidrasi awal dengan ion kalium pada larutan air, menyediakan rute yang sangat menguntungkan untuk desolvasi ion. Jarak ini dipertahankan oleh ikatan hidrogen dan gaya van der Waals di dalam lembar residu asam amino aromatik mengelilingi filter selektivitas.[24][29] Filter selektivitas terbuka menuju larutan ekstraseluler, memaparkan empat oksigen karbonil pada residu glisin (Gly79 pada KcsA). Residu selanjutnya yang terbuka menuju sisi ekstraseluler protein adalah Asp80 yang bermuatan negatif (KcsA). Residu ini bersama dengan lima residu filter membentuk pori yang menghubungkan rongga berisi air pada pusat protein dengan larutan ekstraseluler.[30]

Mekanisme selektivitas

Mekanisme selektivitas saluran kalium tetap menjadi bahan perdebatan yang terus berlanjut. Oksigen karbonil sangat elektronegatif dan penarik kation. Filter ini dapat memuat ion kalium pada 4 situs yang biasanya diberi nama S1 hingga S4 dimulai dari sisi ekstraseluler. Sebagai tambahan, satu ion dapat berikatan di dalam rongga pada situs yang disebut SC, atau satu/lebih ion di sisi ekstraseluler pada situs yang lebih didefinisikan dengan baik disebut S0 atau situs yang kurang didefinisikan dengan baik disebut Sext. Berbagai penempatan berbeda situs tersebut mungkin terjadi. Karena struktur sinar-x rata-rata mencakup banyak molekul, tidak mungkin disimpulkan penempatan sebenarnya secara langsung dari struktur tersebut. Secara umum, terdapat beberapa kerugian akibat tolakan elektrostatik ketika dua situs bersebelahan ditempati ion. Proposal mengenai mekanisme selektivitas telah dibuat berdasarkan pada simulasi dinamika molekuler,[31] model kecil ikatan ion,[32] perhitungan termodinamika,[33] pertimbangan topologi,[34][35] dan perbedaan struktur[36] antara saluran selektif dan takselektif.

Mekanisme translokasi ion pada KcsA telah dipelajari secara ekstensif melalui perhitungan teoretik dan simulasi.[30][37] Prediksi mekanisme konduksi ion berupa dua penempatan situs ganda (S1, S3) dan (S2, S4) memainkan peran penting diperkuat oleh kedua teknik ini. Simulasi dinamika molekuler memperkirakan dua situs ekstraseluler, Sext dan S0, mencerminkan ion masuk dan keluar dari filter, juga merupakan aktor penting dalam konduksi ion.

Wilayah hidrofobik

Wilayah ini digunakan untuk menetralisasi lingkungan di sekitar ion kalium sehingga tidak tertarik pada muatan lainnya dan mempercepat reaksi.

Rongga pusat

Pori pusat, dengan lebar 10 Å, terletak di dekat pusat saluran transmembran, memiliki penghalang energi tertinggi untuk melintaskan ion akibat hidrofobisitas dinding saluran. Rongga berisi air dan kutub ujung-C heliks pori mengurangi penghalang energi ion. Tolakan akibat banyak ion kalium di belakangnya diperkirakan membantu keluarnya ion dari saluran.

Keberadaan rongga dapat dipahami secara intuitif sebagai salah satu mekanisme saluran untuk mengatasi penghalang dielektrik, atau tolakan oleh membran dielektrik rendah, dengan menjaga ion K+ berair, membuat lingkungan dielektrik tinggi.

Lihat pula

Referensi

  1. ^ Littleton JT, Ganetzky B (Apr 2000). "Ion channels and synaptic organization: analysis of the Drosophila genome". Neuron. 26 (1): 35–43. doi:10.1016/S0896-6273(00)81135-6. PMID 10798390. 
  2. ^ Hille, Bertil (2001). "Chapter 5: Potassium Channels and Chloride Channels". Ion channels of excitable membranes. Sunderland, Mass: Sinauer. hlm. 131–168. ISBN 0-87893-321-2. 
  3. ^ Jessell TM, Kandel ER, Schwartz JH (2000). "Chapter 6: Ion Channels". Principles of Neural Science (edisi ke-4th). New York: McGraw-Hill. hlm. 105–124. ISBN 0-8385-7701-6. 
  4. ^ Lim, Carmay; Dudev, Todor (2016). "Chapter 10. Potassium Versus Sodium Selectivity in Monovalent Ion Channel Selectivity Filters". Dalam Astrid, Sigel; Helmut, Sigel; Roland K.O., Sigel. The Alkali Metal Ions: Their Role in Life. Metal Ions in Life Sciences. 16. Springer. hlm. 325–347. doi:10.1007/978-4-319-21756-7_9. 
  5. ^ Rang, HP (2003). Pharmacology. Edinburgh: Churchill Livingstone. hlm. 60. ISBN 0-443-07145-4. 
  6. ^ Kobayashi T, Washiyama K, Ikeda K (Mar 2006). "Inhibition of G protein-activated inwardly rectifying K+ channels by ifenprodil". Neuropsychopharmacology. 31 (3): 516–24. doi:10.1038/sj.npp.1300844. PMID 16123769. 
  7. ^ a b c d e f Enyedi P, Czirják G (Apr 2010). "Molecular background of leak K+ currents: two-pore domain potassium channels". Physiological Reviews. 90 (2): 559–605. doi:10.1152/physrev.00029.2009. PMID 20393194. 
  8. ^ a b c d e f Lotshaw DP (2007). "Biophysical, pharmacological, and functional characteristics of cloned and native mammalian two-pore domain K+ channels". Cell Biochemistry and Biophysics. 47 (2): 209–56. doi:10.1007/s12013-007-0007-8. PMID 17652773. 
  9. ^ Fink M, Lesage F, Duprat F, Heurteaux C, Reyes R, Fosset M, Lazdunski M (Jun 1998). "A neuronal two P domain K+ channel stimulated by arachidonic acid and polyunsaturated fatty acids". The EMBO Journal. 17 (12): 3297–308. doi:10.1093/emboj/17.12.3297. PMC 1170668  . PMID 9628867. 
  10. ^ Goldstein SA, Bockenhauer D, O'Kelly I, Zilberberg N (Mar 2001). "Potassium leak channels and the KCNK family of two-P-domain subunits". Nature Reviews. Neuroscience. 2 (3): 175–84. doi:10.1038/35058574. PMID 11256078. 
  11. ^ Sano Y, Inamura K, Miyake A, Mochizuki S, Kitada C, Yokoi H, Nozawa K, Okada H, Matsushime H, Furuichi K (Jul 2003). "A novel two-pore domain K+ channel, TRESK, is localized in the spinal cord". The Journal of Biological Chemistry. 278 (30): 27406–12. doi:10.1074/jbc.M206810200. PMID 12754259. 
  12. ^ Czirják G, Tóth ZE, Enyedi P (Apr 2004). "The two-pore domain K+ channel, TRESK, is activated by the cytoplasmic calcium signal through calcineurin". The Journal of Biological Chemistry. 279 (18): 18550–8. doi:10.1074/jbc.M312229200. PMID 14981085. 
  13. ^ Kindler CH, Yost CS, Gray AT (Apr 1999). "Local anesthetic inhibition of baseline potassium channels with two pore domains in tandem". Anesthesiology. 90 (4): 1092–102. doi:10.1097/00000542-199904000-00024. PMID 10201682. 
  14. ^ a b c Meadows HJ, Randall AD (Mar 2001). "Functional characterisation of human TASK-3, an acid-sensitive two-pore domain potassium channel". Neuropharmacology. 40 (4): 551–9. doi:10.1016/S0028-3908(00)00189-1. PMID 11249964. 
  15. ^ Kindler CH, Paul M, Zou H, Liu C, Winegar BD, Gray AT, Yost CS (Jul 2003). "Amide local anesthetics potently inhibit the human tandem pore domain background K+ channel TASK-2 (KCNK5)". The Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics. 306 (1): 84–92. doi:10.1124/jpet.103.049809. PMID 12660311. 
  16. ^ Punke MA, Licher T, Pongs O, Friederich P (Jun 2003). "Inhibition of human TREK-1 channels by bupivacaine". Anesthesia and Analgesia. 96 (6): 1665–73. doi:10.1213/01.ANE.0000062524.90936.1F. PMID 12760993. 
  17. ^ Lesage F, Guillemare E, Fink M, Duprat F, Lazdunski M, Romey G, Barhanin J (Mar 1996). "TWIK-1, a ubiquitous human weakly inward rectifying K+ channel with a novel structure". The EMBO Journal. 15 (5): 1004–11. PMC 449995  . PMID 8605869. 
  18. ^ Duprat F, Lesage F, Fink M, Reyes R, Heurteaux C, Lazdunski M (Sep 1997). "TASK, a human background K+ channel to sense external pH variations near physiological pH". The EMBO Journal. 16 (17): 5464–71. doi:10.1093/emboj/16.17.5464. PMC 1170177  . PMID 9312005. 
  19. ^ Reyes R, Duprat F, Lesage F, Fink M, Salinas M, Farman N, Lazdunski M (Nov 1998). "Cloning and expression of a novel pH-sensitive two pore domain K+ channel from human kidney". The Journal of Biological Chemistry. 273 (47): 30863–9. doi:10.1074/jbc.273.47.30863. PMID 9812978. 
  20. ^ Meadows HJ, Benham CD, Cairns W, Gloger I, Jennings C, Medhurst AD, Murdock P, Chapman CG (Apr 2000). "Cloning, localisation and functional expression of the human orthologue of the TREK-1 potassium channel". Pflügers Archiv. 439 (6): 714–22. doi:10.1007/s004240050997. PMID 10784345. 
  21. ^ Patel AJ, Honoré E, Lesage F, Fink M, Romey G, Lazdunski M (May 1999). "Inhalational anesthetics activate two-pore-domain background K+ channels". Nature Neuroscience. 2 (5): 422–6. doi:10.1038/8084. PMID 10321245. 
  22. ^ Gray AT, Zhao BB, Kindler CH, Winegar BD, Mazurek MJ, Xu J, Chavez RA, Forsayeth JR, Yost CS (Jun 2000). "Volatile anesthetics activate the human tandem pore domain baseline K+ channel KCNK5". Anesthesiology. 92 (6): 1722–30. doi:10.1097/00000542-200006000-00032. PMID 10839924. 
  23. ^ Rogawski MA, Bazil CW (Jul 2008). "New molecular targets for antiepileptic drugs: alpha(2)delta, SV2A, and K(v)7/KCNQ/M potassium channels". Current Neurology and Neuroscience Reports. 8 (4): 345–52. doi:10.1007/s11910-008-0053-7. PMC 2587091  . PMID 18590620. 
  24. ^ a b Doyle DA, Morais Cabral J, Pfuetzner RA, Kuo A, Gulbis JM, Cohen SL, Chait BT, MacKinnon R (Apr 1998). "The structure of the potassium channel: molecular basis of K+ conduction and selectivity". Science. 280 (5360): 69–77. Bibcode:1998Sci...280...69D. doi:10.1126/science.280.5360.69. PMID 9525859. 
  25. ^ MacKinnon R, Cohen SL, Kuo A, Lee A, Chait BT (Apr 1998). "Structural conservation in prokaryotic and eukaryotic potassium channels". Science. 280 (5360): 106–9. Bibcode:1998Sci...280..106M. doi:10.1126/science.280.5360.106. PMID 9525854. 
  26. ^ Armstrong C (Apr 1998). "The vision of the pore". Science. 280 (5360): 56–7. doi:10.1126/science.280.5360.56. PMID 9556453. 
  27. ^ "The Nobel Prize in Chemistry 2003". The Nobel Foundation. Diakses tanggal 2007-11-16. 
  28. ^ Zhou Y, Morais-Cabral JH, Kaufman A, MacKinnon R (2001). "Chemistry of ion coordination and hydration revealed by a K+ channel-Fab complex at 2.0 Â resolution". Nature. 414 (6859): 43–8. Bibcode:2001Natur.414...43Z. doi:10.1038/35102009. PMID 11689936. 
  29. ^ Sauer, DB; Zeng, W; Raghunathan, S; Jiang, Y (4 October 2011). "Protein interactions central to stabilizing the K+ channel selectivity filter in a four-sited configuration for selective K+ permeation". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 108 (40): 16634–9. Bibcode:2011PNAS..10816634S. doi:10.1073/pnas.1111688108. PMC 3189067  . PMID 21933962. 
  30. ^ a b Hellgren M, Sandberg L, Edholm O (Mar 2006). "A comparison between two prokaryotic potassium channels (KirBac1.1 and KcsA) in a molecular dynamics (MD) simulation study". Biophysical Chemistry. 120 (1): 1–9. doi:10.1016/j.bpc.2005.10.002. PMID 16253415. 
  31. ^ Noskov SY, Roux B (Feb 2007). "Importance of hydration and dynamics on the selectivity of the KcsA and NaK channels". The Journal of General Physiology. 129 (2): 135–43. doi:10.1085/jgp.200609633. PMC 2154357  . PMID 17227917. 
  32. ^ Noskov SY, Bernèche S, Roux B (Oct 2004). "Control of ion selectivity in potassium channels by electrostatic and dynamic properties of carbonyl ligands". Nature. 431 (7010): 830–4. Bibcode:2004Natur.431..830N. doi:10.1038/nature02943. PMID 15483608. 
  33. ^ Varma S, Rempe SB (Aug 2007). "Tuning ion coordination architectures to enable selective partitioning". Biophysical Journal. 93 (4): 1093–9. arXiv:physics/0608180  . Bibcode:2007BpJ....93.1093V. doi:10.1529/biophysj.107.107482. PMC 1929028  . PMID 17513348. 
  34. ^ Thomas M, Jayatilaka D, Corry B (Oct 2007). "The predominant role of coordination number in potassium channel selectivity". Biophysical Journal. 93 (8): 2635–43. Bibcode:2007BpJ....93.2635T. doi:10.1529/biophysj.107.108167. PMC 1989715  . PMID 17573427. 
  35. ^ Bostick DL, Brooks CL (May 2007). "Selectivity in K+ channels is due to topological control of the permeant ion's coordinated state". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 104 (22): 9260–5. Bibcode:2007PNAS..104.9260B. doi:10.1073/pnas.0700554104. PMC 1890482  . PMID 17519335. 
  36. ^ Derebe MG, Sauer DB, Zeng W, Alam A, Shi N, Jiang Y (Jan 2011). "Tuning the ion selectivity of tetrameric cation channels by changing the number of ion binding sites". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 108 (2): 598–602. Bibcode:2011PNAS..108..598D. doi:10.1073/pnas.1013636108. PMC 3021048  . PMID 21187421. 
  37. ^ Morais-Cabral JH, Zhou Y, MacKinnon R (Nov 2001). "Energetic optimization of ion conduction rate by the K+ selectivity filter". Nature. 414 (6859): 37–42. Bibcode:2001Natur.414...37M. doi:10.1038/35102000. PMID 11689935. 

Pranala luar

Diperoleh dari "https://wiki-indonesia.club/w/index.php?title=Saluran_kalium&oldid=14009024"