Descriere canale de k+ - irk+ (inward rectifiers k+)

DESCRIERE CANALE DE K⁺ - IRK⁺ (INWARD RECTIFIERS  K⁺)

Canalele de K⁺ sunt responsabile de voltajul membranar in repaos al multor celule. Reglajul acestor canale ionice pe traseul receptorului de cuplare al proteinei G, este semnalizat in controlul ritmului cardiac și in activitatea neurotransmițatorilor la nivelul sistemului nervos. S-a determinat, la o rezoluție de 1.8Ǻ, structura proteinei G, formata din capetele N-terminal și C-terminal, ce "pazește" fluxul reglator al canalului de K⁺, formand astfel complexul GIRK⁺.

Un por citoplasmatic conservat in canalul de GIRK⁺, extinde calea de trecere a ionilor la 60Ǻ, aproape de 2 ori mai lunga, fața de cea a unui canal K⁺ transmembranar obișnuit.

Canalele de K⁺ participa in diverse procese, de la volumul celulei la generarea impulsurilor electrice in celulele excitante. (Hille, 2001). Aceste canale prezinta un filtru selectiv, ce permite trecerea ionilor de K⁺ și expulzarea celor de Na⁺. Transportul ionilor de K⁺ prin por, este pasiv, inspre și dinspre celula, depinzand de orientarea gradientului electrochimic.

Pentru majoritatea canalelor de K⁺, dat fiind gradientul egal dar opus, ionii de K⁺ curg cu aproape aceeași eficiența kinetica in ambele direcții.

Anumite canale de K⁺, ce formeaza un subset diferit, cunoscut sub numele de rectificatori interni sau canale IRK, sunt unice prin faptul ca sprijina conducerea ionilor de K⁺ mai eficient intr-o singura direcție in celula.(Katz.1949)

Rectificator, sau reglator, este un termen folosind in electronica, și se refera la mecanisme ce susțin tranziția intr-o singura direcție.

In biologie, canalele reglatoare IRK, au rolul de a menține un nivel optim al voltajului membranei celulare aflate in stare de repaos.

In repaos, la deschiderea canalelor, voltajul membranei se afla in corelație cu potențialul de K⁺ Nernst (de la -60mV pana la -90 mV, depinde de celula). In timpul activitații electrice, voltajul membranei devine pozitiv, datorita intruziunii ionilor de Na⁺ prin porțile neurotransmițatoare și voltaj-dependente ale canalelor de Na⁺.

Canalele de K⁺ deschise contravin acestei activitați electrice, rectificand prin inchiderea eficienta a canalelor IRK.

Fig.27. Canale de K⁺.

A.   Structura topologica a canalului K⁺, cu 2 domenii TM și un helix mai scurt.

B.   Vedere asupra tetramerului http://hmg.oxfordjournals.org/

Motivul pentru care canalele IRK au rolul de a rectifica, a fost stabilit la nivel farmaceutic, la voltaje ce favorizeaza efluxul de ioni de K⁺, porul se blocheaza datorita impermeabilitații intracelulara cationica fața de Mg²⁺ și fața de poliamine.

Acești ioni blocanți intra in por dinspre citoplasma dar nu pot trece prin filtrul selectiv. Canalele de IRK , sunt unice deasemeni deoarece țin cont și de stimulii ce cauzeaza deschiderea porților. De exemplu unele canale IRK se deschid prin legarea unor subunitați de proteina G.

Rectificatorii interni legați la proteina G sau canalele GIRK, sunt responsabili de scaderea ritmului cardiac la stimularea nervului vag. Acetilcolina eliberata din legaturile terminale nervoase spre receptorii muscarinici cuplați ai proteinei G, prezenți in celulele cardiace, cauzeaza o disociere a subunitații proteinei G in Gα și G-βγ, de la receptor spre suprafața membranei intracelulare.

Fig.28. Complexul proteinei G heterotrimerice, alcatuit din subunitațile alpha, beta și gamma alaturi de 7 proteine receptori. In stare inactiva, subunitatea alpha este legata la GDP. In timpul legarii, este indusa o schimbare conformaționala, se realizeaza cuplarea.

GTP inlocuiește GDP, iar subunitatea alpha revine la conformația activa. http://www.heffter.org/review/Review2/chap5.pdf

Complexul G-βγ se leaga la canalele GIRK⁺, determinand deschiderea lor, ca efect acestea hiperpolarizeaza membrana celulara, incetinand frecvența potențialului de acțiune și ritmul cardiac. Acestea sunt regasite și la nivelul altor celule ale organismului, precum in neuroni, unde mediaza acțiunea inhibitoare a neurotransmițatorilor.

In studiul structurii canalelor, s-a demonstrat existența unui por unic ce ridica valoarea proprietații lor speciale de reglaj intern, precum și modul de legare a subunitaților proteinei G la canalele GIRK⁺.

Canalele GIRK⁺ la eucariote sunt tetrameri formați din subunitați identice integrate de membrana, ce inconjoara un por central de conducere ionica.

Fiecare subunitate conține 2 α-helice, un helix al porului și un filtru selectiv comun tuturor canalelor de K⁺.

Canalele GIRK⁺ difera de cele simple de K⁺, prin structura capetelor N și C-terminale, in sensul ca acestea cuprind 2/3 din subunitatea unui canal de K⁺, acest lucru dand unicitatea acestor canale. La IRK⁺, aceste capete terminale N și C, formeaza o structura speciala la suprafața intercelulara a membranei.