钾离子通道

电压门控钾离子通道的门控机制
对外部信号的刺激，离子通道的反应是开放或 关闭。离子通道的开放和关闭过程亦称为门控。 简单化的门控过程即通道从关闭到开放，开放 的通道再回到关闭的状态。通道从关闭到开放 的过程中，还需通过关闭中的失活过程(closedstate inactivation)，然后再进入开放的状态。 除此之外，开放的通道还可以失活后再回到关 闭的状态。门控过程对细胞电活动的产生和调 节起着重要的作用。在这个过程中，Kv电压门 控钾离子通道在细胞膜去极化时受到激活而突 然开放，而开放后的钾离子通道在瞬间内(数毫 秒至数十毫秒)自身失活关闭。电压门控Kv通道 的激活和失活的速率受膜电压的影响而改变。
内向整流钾通道
1）KIR 通道：存在于心肌细胞（心室、心房、 Pf）
（2） KATP 通道： 心肌缺血、缺氧、ATP减 少时开放
→ K+外流→ APD缩短→ ↓ 心肌收缩性 ↓耗氧→ 保护心肌；引起缺血性心律失常。血管平滑肌开放→C超极化→Ca2+内流↓→血管扩张
钙依赖性钾通道(Kca)
高电导激活的BK开放→ K+ 外 流→ 膜复极化和超极化→
血管扩张;膜去极化和Ca2+内流 →血管收缩
选择性离子传导
钾离子通道的基本功能是传导钾离子穿 过细胞膜。钠离子小于钾离子，它们的 原子半径分别为0.95埃(1埃为0.1纳米) 和1.33埃，但钾离子通道却能有效地选 择钾离子通过，其选择性是钠离子的 1000倍。钾离子通道在对钾离子有高度 选择的同时，它传导钾离子的速率亦超 常的高。钾通道的孔道是由4个相同的α 亚基以对称的方式围成的离子传导通路。
在哺乳动物中钾离子通道共分为两大家族
：电压门控制通道家族和内向整流通道家 族，它们的结构功能特征有显著的差异。
电压门控K+道
电压门控K+道，为六跨膜结构单孔道， 经6次跨膜，在S5和S6之间夹一个相当 于钠通道P段的H5段，每个通道拥有4 个如此重复的成分。此种成分与钠、钙 离子通道相同。通道的活化闸门也有4 个S4构成。所不同的是钾离子通道每个 亚单位含有1或2个功能区，而钠、钙离 子通道则有4个。
一是离子通道是门控的，即离子通道的活性 由通道开或关两种构象所调节，并通过开关 应答相应的信号。根据门控机制，离子通道 可分为电压门控、配体门控、压力激活离子 通道。 二是通道对离子的选择性，离子通道对被 转运离子的大小与电荷都有高度的选择性。
钾离子通道的分类
纵观钾离子通道的发展史，有不同的分类 方法.分类依据有：电导、电压与电流特征， 生物种系，通道分子结构，氨基酸的分子 系列，通道蛋白的同源性等。
电压依赖性钾通道
▶ 延迟整流钾通道（KV）: KV1～ KV9，外向电流, 膜复极化
慢激活整流钾通道 ( Ik s )
快激活整流钾通道(Ik r)

▶ 起搏电流 ( Ii ) AdrAch


↑心率↓
内向整流K+通道
它有两次穿膜螺旋和夹于其间 的H段构成，为四跨膜单孔道， 即相当Kv分子的后半部分,它没 有闸门和电压感受器结构。
钾离子通道的含义
离子通道是大分子膜蛋白在细胞膜上围成的 含有水分子的孔道。
它通过残基侧链与离子相互作用，发挥专一 性屏蔽通透功能。
钾离子通道是第一个人们用肉眼观察到晶体 结构的离子通道，也是分布最广、类型最多 的一类通道，它存在于所有的真核细胞并发 挥着多种至关重要的生物学功能。
离子通道的一般特征
电压门控K+道又称电压依赖性钾通道，是已知通道最 多的家族，又可以分为三类：
1、延迟整流钾通道。膜去极化时经过延迟才能激活， 失活也缓慢，时间从数百毫秒至数十秒不等。
2、A 型瞬时钾通道。它的激活和失活都迅速，由于活 化后约1ms灭火闸门就启动，故又称瞬时快K+通道。
3、钙激活钾通道。它受电压和钙离子双重门控。其结 构略有不同，有两个功能独特的区域，为二跨膜结构 单孔道。由去极化激活，但还受胞内钙离子浓度调控。 KCa又分为三类：BKCa, SKCa 和IKCa。每一类中有 可以分为不同的亚类，在人类淋巴细胞中主要是IKCa ， 在Juket cell中主要是SKCa2， SKCa3主要存在于B淋 巴细胞和小鼠胸腺细胞中。
钾离子通道的发现
钾离子通道的分子生物学研究起始于 Shaker K+通道基因的发现，在乙醚麻醉下， 该基因缺陷的果蝇自发地、强烈地抖动肢体， 这种表现型的果蝇取名为Shaker(颤抖)突变 子。1988年，简(L. Jan)研究组根据对果蝇 Shaker突变子表现型的观察，首次从果蝇脑 中克隆出了Shaker K+通道基因。这一突破性 成果，曾掀起了一场空前的离子通道分子生 物学研究的热潮。自Shaker K+通道基因发现 后的短短几年里，从人到不同种属的动物， 人们克隆并发现了上百种钾离子通道基因。
钾通道的离子高度选择性和超高的传导速率似乎自相矛盾。 高度的离子选择性不仅需要离子间相互作用的精确协调、离 子与结合位点非过紧的结合，同时又要防止离子过快扩散。 从结构上看，目前有以下两个原因可以解释离子高度选择性 和超高传导速率似乎矛盾的现象。第一，离子传导过程中选 择性过滤器含有一个以上的离子。相同离子之间由此所产生 的排斥作用可以克服并降低离子与其结合位点的内在亲和力。 选择性过滤器的四个钾离子结合位点，在特定的时间点只有 两个钾离子可与其受点结合，即结合在1、3或2、4的位置上。 此传导过程重复进行，致使钾离子不断从细胞外运送到细胞 内，反过来亦如此。这一结果与50年前霍奇金(A. Hodgkin) 等提出的单排列离子传导学说恰好吻合。第二个解释是在高 度选择性下的超高传导速率取决于选择性过滤器的结构与细 胞内钾离子的浓度。当细胞内钾离子远低于正常浓度时，选 择性过滤器内的钾离子由原来的两个降低为一个，并伴有过 滤器结构构象的改变。正常过滤器传导离子的结构构象需要 两个钾离子的维持，第二个钾离子一旦进入通道便引起构象 的变化。这一现象是简单的热力学结果，即极少部分离子结 合的能量用来改变过滤器的结构，其结果是离子轻松地与过 滤器结合，而不像构象改变之前离子结合得那样紧密。这种 微弱的离子结合是超高传导速率的前提。