Йонні канали

Відомо йонні канали для К~, NaT, Са2» та СІ . Кожен з них має численні форми з різноманітними властивостями. Першими, можливо, розвинулися внутрішньоспрямовані ректифікаційні К+-канали, названі так тому, що вони сприяють надходженню К+, майже не впливаючи на їхній відтік. Ці канали не містять потенціалозалежних воріт, і кожен складається з чотирьох субодиниць, що мають два трансмембранні домени (МІ та M2; рис. 1-29). Ці субодиниці оточують водянисту пору. Інша родина К+-рецепторів, ймовірно, розвинулася пізніше і має чотири додаткові трансмембранні домени в зовнішній оболонці. Вони містять

потенціалозалежні ворота й амінозакінчення їхніх субодиниць мають форму м’яча і ланцюга. Після активації відбувається розхитування м’яча, який, потрапляючи в пору, спричинює швидку інактивацію каналу, незважаючи на

Закриті Відкриті Інактивовані

Рис. 1-30. Швидка інактивація потенціалозалежних воріт К+-каналів. Деполяризація відкриває активовані ворота, а пізніше амінозакінчення субодиниць коливається у напрямі до каналу, зупиняючи провідність і незважаючи на деполяризацію, що триває. Після реполяризації мембрани зміни конформації білка відновлюються так, як у стані спокою (відтворено за дозволом з Antz С, Fakler В: Fast inactivation of voltage-gated K+ channels: from cartoon to ctructure. News Physiol Sci 1998; 13:177).

ЗО / РОЗДІЛ 1

Рис. 1-31. Схематичне зображення будови головних субодиниць двох йонних каналів. Деякі Na+— та Са2+-канали мають додаткові субодиниці. Арабськими цифрами позначено а-спіральні домени, що перетинають клітинну мембрану. Домен Н5 не зображений (за Catteral WK. Модифіковано і відтворено з Hall ZW: An Introduction to Molecular Neurology. Sinauer, 1992).

деполяризацію, що ще триває. Після деполяризації конфор-маційні зміни каналу набувають нормального стану під час спокою (рис. 1-30).

У ссавців описано понад 40 різноманітних К+-каналів. Усі вони тетрамери і кожен тип субодиниці кодований іншим геном.

Канали Са2+ та потенціалозалежні Na^-ворота також складаються з чотирьох груп, кожна з яких має шість трансмембранних доменів, що оточують водянисту пору діаметром понад 0,5 нм. Однак від К+-каналів вони відрізняються тим, що кожен є продуктом єдиного гена зі сшивальними пептидними ланцюгами, що з’єднують групи (рис. 1-31). Описано понад ЗО різноманітних потенціалозалежних

воріт чи циклічних нуклеотидних воріт Na+— та Са2+-кана-лів. Деякі з них мають нетранспортувальні одиниці, пов’язані з ними in vivo. Токсини тетрадоксин (ТТХ — від англ. tetradoxin) та сакситоксин (STX — від англ. saxitoxin) зв’язуються з Na’-каналами та блокують їх. Кількість та поширення Na’-каналів можна визначати, приєднуючи до них ТТХ чи STX, що мають відповідну мітку, та аналізуючи поширення мітки.

Родину епітеліальних №+-каналів, що мають іншу структуру, виявлено в апікальних мембранах клітин епітелію нирок, товстої кишки, легень та мозку. Кожен натрієвий канал епітеліальних клітин (NaKE) складається з трьох субодиниць, кодованих трьома різними генами.

Кожна субодиниця, ймовірно, двічі охоплює мембрану, а кінцева аміногрупа та кінцева карбоксильна група розташовані всередині клітини; а-субодиниця транспортує Na% тоді як р- та у-субодиниці цього не роблять. Точної стехіометрії NaKE не визначено, отже in vivo в рецепторах може бути більше ніж одна з трьох субодиниць. Такі канали інгібовані амілодіуретиком ридином, що зв’язується з а-суб-одиницею. Часто їх називають амілоридин-інгібованими ^+-каналами. У нирці вони відіграють важливу роль, регулюючи об’єм ПКР за допомогою альдостерону (див. Розділ 38). Піддослідні миші, у яких не функціонують NaKE, народжуються живими, однак швидко вмирають, оскільки їхній організм не здатний випомпувати Na», а отже, — воду з легень.

Є також багато СГ-каналів, значно задіяних у регулюванні об’єму клітин, трансепітеліальному йонному транспортуванні та, очевидно, в регулюванні функції м’язів і нирок. Наприклад, ГАМКд-рецептор та гліцин-рецептор є СР-каналами (див. Розділ 4). У значних кількостях СР-канали містяться в скелетному м’язі. Нормальна функція цих м’язових каналів невідома, однак мутації в гені, що їх кодує, спричинюють вроджену міотонію, хворобу, що супроводжується гіперзбудливістю м’язів.

Ма++-АТФ-аза

Як зазначено вище, №++-АТФ-аза каталізує гідроліз АТФ до АДФ, використовуючи енергію для виштовхування трьох Na+ з клітини та поглинання двох К+ у клітину на кожен моль гідролізованого АТФ. Відповідно, потенціало-залежна помпа має коефіцієнт зв’язування 3:2, оскільки переміщує три позитивні заряди з клітини на кожні два в клітину. Такі помпи є в усіх частинах тіла. їхню діяльність інгібують уабаїн і подібні глікозиди наперстянки, які використовують для лікування серцевої недостатності. Це гете-родимер, який складається з а-субодиниці, що має молекулярну масу приблизно 100 000, та (3-субодиниці, що має молекулярну масу приблизно 55 000. Обидві проходять через клітинну мембрану (рис. 1-32). Роз’єднання субодиниць зумовлює припинення активності. Однак (3-субоди-ниця є глікопротеїном, тоді як Na+— та К+-транспортування відбувається через а-субодиницю. Субодиниця (3 має єдиний трансмембранний домен та три позаклітинні ділянки глікозилювання, у кожному з яких є прикріплені вуглеводневі залишки. Ці залишки становлять одну третину її молекулярної маси. Субодиниця а охоплює мембрану десять разів NH2Ta СООН кінцями, які розташовані всередині клітини. Вона має внутрішньоклітинний Na+-Ta АТФ-зв’язу-вальні ділянки, ділянку фосфорилювання, а також позаклітинну ділянку зв’язування для К+ та уабаїну. Коли Na+ зв’язується з а-субодиницею, АТФ також зв’язується і перетворюється в АДФ, а фосфат перетворюється на Asp 376 ділянку фосфорилювання. Це спричиняє зміну в конфігурації білка, виштовхуючи Na+ у ПКР. Далі позаклітинно зв’язується К+, фосфорилюючи а-субодиницю, що набуває своєї попередньої конфігурації, вивільнюючи К+ у цитоплазму.

Зазначимо, що а- та (3-субодиниці гетерогенні і мають а,, а9 та а3, а також (3,, (32 і (З3 субодиниці; а,-ізоформа міститься в мембранах більшості клітин, тоді як а., є в м’язах, серці, жировій тканині та в мозку, а а3 — у серці та

Рис. 1-32. І\Іа++-АТФ-аза. Внутрішньоклітинна частина |3-суб-одиниці має Ма+-зв’язувальний сайт (1), сайт фосфорилювання (4) та АТФ-зв’язувальний сайт (5). Позаклітинна частина має К+— (2) та уабаїнзв’язувальні сайти (3) (з Horisberger J-D et al: Structure-function relationship of Na-K-ATPase. Annu Rev Physiol 1991 ;53:565. Відтворено за дозволом з Annual Review of Physiology, vol. 53. Annual Reviews, 1991).

мозку. Субодиниця (3, поширена, однак її нема в певних астроцитах, вестибулярних клітинах внутрішнього вуха та гліколітичних м’язах, здатних до швидких скорочень; ці м’язи містять тільки (32-субодиницю. Різноманітні структури а- та (3-субодиниць №++-АТФ-ази в різноманітних тканинах, очевидно відображають спеціалізацію Вільям Ф. Ґанонґ. Фізіологія людини