Ionenkanäle, Membranspannung

Vorlesungsskripte Zoophysiologie

6. Regulation von Ionenkanälen durch die Membranspannung

Spannungsgesteuerte Kanäle	HIGHRES (85 kbyte)
Um eine Kontrolle der Porenöffnung durch die Membranspannung zu ermöglichen, muß ein Ionenkanal über einen beweglichen Spannungssensor verfügen, der Spannungsänderungen in eine Kraft umsetzt. Diese Kraft zwingt dann dem Protein eine Konformationsänderung auf, die die Pore entweder öffnet oder schließt. Der Sensor ist bei vielen Kanälen das vierte Membransegment (S4), das über 8 positiv geladene Aminosäurereste verfügt. Beispiel K⁺-Kanal: Bei der Ruhespannung von ca -70 mV ist das S4-Segment zur Innenseite verschoben und die Pore ist geschlossen (oben). Bei Depolarisation verschiebt sich S4 zur Membranaußenseite, die Pore wird geöffnet ("Aktivierung", unten: 1). Nach einer kurzen Verzögerung wird die Pore wieder verschlossen. Dazu bindet eine intrazelluläre Proteindomäne ("ball-and-chain") an die Pore und verschließt sie ("Inaktivierung", unten: 2). Ähnlich wie die cGMP-gesteuerten Kanäle bilden auch K⁺-Kanäle einen Proteinkomplex aus vier Untereinheiten. Da jede Untereinheit 6 Membransegmente hat (S1-S6), besteht das komplette Kanalprotein also aus 24 Membransegmenten.

Spannungsgesteuerte Kanäle

Um eine Kontrolle der Porenöffnung durch die Membranspannung zu ermöglichen, muß ein Ionenkanal über einen beweglichen Spannungssensor verfügen, der Spannungsänderungen in eine Kraft umsetzt. Diese Kraft zwingt dann dem Protein eine Konformationsänderung auf, die die Pore entweder öffnet oder schließt. Der Sensor ist bei vielen Kanälen das vierte Membransegment (S4), das über 8 positiv geladene Aminosäurereste verfügt. Beispiel K⁺-Kanal: Bei der Ruhespannung von ca -70 mV ist das S4-Segment zur Innenseite verschoben und die Pore ist geschlossen (oben). Bei Depolarisation verschiebt sich S4 zur Membranaußenseite, die Pore wird geöffnet ("Aktivierung", unten: 1). Nach einer kurzen Verzögerung wird die Pore wieder verschlossen. Dazu bindet eine intrazelluläre Proteindomäne ("ball-and-chain") an die Pore und verschließt sie ("Inaktivierung", unten: 2). Ähnlich wie die cGMP-gesteuerten Kanäle bilden auch K⁺-Kanäle einen Proteinkomplex aus vier Untereinheiten. Da jede Untereinheit 6 Membransegmente hat (S1-S6), besteht das komplette Kanalprotein also aus 24 Membransegmenten.

Calcium- und Natriumkanäle	HIGHRES (72 kbyte)
Im Gegensatz zu Kaliumkanälen bestehen Calcium- und Natriumkanäle nur aus einer Untereinheit. Dieses Protein besteht aus 24 Membransegmenten, die sich auf 4 sogenannte Repeats verteilen (bezeichnet mit I bis IV). Die Struktur eines jedes Repeats entspricht in etwa der Struktur eines Kaliumkanals (6 Membransegmente, S4 als Spannungsfühler, eine Porenregion). Die Struktur dieser Kanäle ist durch Genduplikation aus Kaliumkanal-ähnlichen Vorläuferproteinen entstanden.

Calcium- und Natriumkanäle

HIGHRES (72 kbyte)

Im Gegensatz zu Kaliumkanälen bestehen Calcium- und Natriumkanäle nur aus einer Untereinheit. Dieses Protein besteht aus 24 Membransegmenten, die sich auf 4 sogenannte Repeats verteilen (bezeichnet mit I bis IV). Die Struktur eines jedes Repeats entspricht in etwa der Struktur eines Kaliumkanals (6 Membransegmente, S4 als Spannungsfühler, eine Porenregion). Die Struktur dieser Kanäle ist durch Genduplikation aus Kaliumkanal-ähnlichen Vorläuferproteinen entstanden.