Строение потенциалочувствительных ионных каналов

Исследование молекулярной структуры потенциалочувствительных ионных каналов показало, что они имеют чрезвычайно подобное строение. Большинство исследованных потенциалочувствительных калиевых каналов имеют терамерную структуру и состоят из четырёх идентичных субъединиц, объединённых в общую функциональную структуру так, чтобы образовать центральный канал.

Каждая субъединица потенциалочувствительного калиевого (К⁺) канала состоит из шести трансмембранных а-спиралей, обозначаемых S1-S6 и сегмента Р (рисунок 130).

Рисунок 1 ЗО - Схема потенциалочувствительного калиевого канала

Фрагмент субъединицы, содержащий а-спирали S5, S6 и Р-сегмент структурно и функционально подобен субъединице нерегулируемого калиевого канала, обеспечивающего формирование и поддержание мембранного потенциала покоя (рисунок 91).

Трансмембранная а-спираль S4, которая содержит множество положительно заряженных лизинов и аргининов, выполняет функцию сенсора мембранного потенциала.

Глобулярный цитоплазматический домен, присоединённый к а-спирали S1 вблизи N-конца белковой цепи, выполняет функцию канал-инактивирующего {блокирующего) сегмента.

Потенциалочувствительные натриевые (Na⁺) и кальциевые (Са²⁺) каналы являются мономерными белками, состоящими из четырёх гомологичных доменов (рисунки 131, 132).

Рисунок 131 - Схема потенциалочувствительного Na⁺ канала

Каждый из этих доменов структурно и функционально подобен одной субъединице К⁺-канала (рисунок 130). Однако в отличие от потен­циалочувствительных К⁺-каналов, у которых каждая из субъединиц имеет свой канал-блокирующий сегмент (а всего их четыре в функциональном

К⁺-канале), мономерные потенциалочувствительные каналы имеют единственный такой блокирующий сегмент (Н).

Фильтр селективности канала образуется четырьмя парообразую­щими петлями (Р-сегментами). На рисунке 132 показана схема взаимного расположения четырёх субъединиц Са²⁺-канала, каждая из которых со­стоит из шести трансмембранных а-спиралей; потенциалочувствитель­ные а-спирали (сенсоры канала) отмечены штриховкой; порообразующие петли ориентированы внутрь поры в канале.

Рисунок 132 - Схема укладки элементов структуры потенциалочувствительного кальциевого канала

Таким образом, можно утверждать, что все ионные каналы и структурно, и функционально подобны, и, по-видимому, все они произошли от одного белка-предка, имевшего шесть трансмембранных а-спиралей.

Роль потенциалочувствительных сенсоров в потенциалочувстви­тельных ионных каналах выполняют четыре положительно заряженные а-спирали S4, перемещение которых стимулирует конформационный переход белка-канала, при котором открывается или закрывается ионный канал (рисунок 128).

Собственно ворота ионного канала формируются N-концами спиралей S5 и С-концами спиралей S6 всех четырёх субъединиц.

Спонтанная инактивация ионных каналов через несколько милли­секунд после их открытия осуществляется с помощью специфических блокирующих сегментов, имеющих вид шарообразных положительно заряженных глобул на концах бесструктурных белковых нитей.

В состоянии покоя эти глобулы на N-концах четырёх субъединиц калиевых каналов свободно плавают в цитозоле.

Через несколько миллисекунд после открытия канала (после деполяризации мембраны) один из глобулярных шаров перемещается через боковое окно между двумя субъединицами канала и связывается в гидрофобном кармане центральной полости канала, блокируя поток ионов К⁺ (рисунок 133).

Рисунок 133 - Схема инактивации потенциалочувствительного калиевого канала

Через несколько миллисекунд после реполяризации мембраны блокирующий сегмент вытесняется из канала, и белок возвращается в исходное состояние.

Ионный канал образуется четырьмя мембранными доменами а, а цитозольные домены Р являются регуляторными. Глобулярные домены калиевого канала функционально эквивалентны блокирующему сегменту в натриевом канале.

Искусственная модификация белковых петель, соединяющих блокирующие глобулы с телом канала показали, что при укорочении соединяющей белковой нити канал инактивируется быстрее, а при удлинении этой нити инактивация канала замедляется.