Національний Університет “Києво-Могилянська Академія” Розрахункова робота З КУРСУ БІОМЕМБРАНОЛОГІЇ НА ТЕМУ: МЕХАНІЗМИ ІНАКТИВАЦІЇ ПОТЕНЦІАЛ-ЗАЛЕЖНИХ К+ КАНАЛІВ. Студента МП Біологія 1р.н. Лазаренка Романа Викладач Проф.Курський М.Д. КИЇВ 2011 Вступ. При деполяризації мембрани багато потенціал-залежних йонних каналів, особливо деякі К+ канали переходять в довготривалий стан непровідності, чи інактивації. В результаті цього істотно змінюється транзієнтна проникність мембрани для калію, не зважаючи на тривалу і сильну деполяризацію. Така властивість деяких К+ каналів дозволяє дуже тонко регулювати палітру активності збудливих клітин через різну частоту потенціалів дії. Тому, вочевидь, дуже важливо для біологів та біомембранологів розуміти молекулярні механізми, які викликають інактивацію К+ каналів та можливі способи фізіологічної регуляції цього процесу. Інактивація К+ каналів
На відміну від гомогенної інактиваційної поведінки потенціал-залежних Na+ каналів, потенціал-залежні К+ канали, досліджені в їхньому природному середовищі, показують широку різноманітність інактиваційних часових інтервалів. Інактивація цих каналів спостерігається в діапазоні від кількох мілісекунд – швидка інактивація (як у А-струму, описаного в нейронах молюсків) до майже помітного процесу тривалістю кілька тисяч мілісекунд, (як у випадку струму затриманого випрямлення в гігантському аксоні кальмара). Така різноманітність також спостерігається в дослідах з клонованими К+ каналами, експресованими в гетерогенному середовищі. Наприклад, ShakerB канал інактивується з часовою константою 1-3 мс, тоді як відповідний канал drk1 демонструє значно повільнішу інактивацію. Так само, К+ канали, клоновані з мозку ссавців, показують дуже відмінні інактиваційні інтервали. В деяких випадках неструктурні білки, що утворюють minК+ канали (мал.1) не піддаються інактивації навіть після деполяризаційних імпульсів тривалістю кілька секунд. Ця різноманітність інактиваційних інтервалів навіть між дуже близькими між собою продуктами генів допомогла краще зрозуміти механізми інактивації К+ каналів. NH2 – кінцевий домен як інактиваційної частинки. Відомо, що Shaker канали - це родина різних, але близько споріднених білків, які кодуються транскриптами альтернативного сплайсингу. Існує 5 альтернативно сплайсованих NH2 – кінцевих варіантів Shaker і 2 СООН – кінцевих. Після того, як вдалося встановити продукт Shaker локусу дрозофіли, дослідники припустили, що альтернативні транскрипти одного й того ж самого локусу індукують експресію К+ каналів з різною інактиваційною поведінкою. Таким чином, наприклад, струм через ShakerА2 – канал, який відрізняється від ShakerD2 лише своїм NH2 – кінцевим доменом, на 90% інактивується протягом кількох мілісекунд, тоді як струм через ShakerD2 канал інактивується лише на 15% і значно повільніше. Iverson and Rudy створювали конструкції з різними комбінаціями NH2 – та СООН – кінцевих варіантів Shaker і помітили виникнення як інактиваційних, так і неінактиваційних струмів після їхньої експресії. Помічена різниця може бути віднесена на рахунок присутності саме NH2 – кінцевих доменів в кожній конструкції. Ці результати дозволили твердити про те, що структури, розташовані на NH2– кінці (можливо це цитоплазматичні домени) можуть бути задіяні в інактиваційному процесі. Працюючи з ShakerВ каналами Hoshi та ін. простежили, що обробка трипсином внутрішнього боку збудливої мембрани катастрофічно сповільнює інактивацію ізольованих каналів, не впливаючи на процеси активації та проникності. Ці дані узгоджуються з припущенням про участь цитоплазматичного домену в процесі інактивації і через це вчені зосередили свою увагу на аналізі амінокислотної послідовності кінцевого NH2 домену ShakerВ білку. Hoshi та співробітники робили систематичні делеції амінокислот і встановили, що делеції, які включають перші 22 амінокислоти змінюють швидкий інактиваційний процес на зразок як це робить трипсин. Такі делеції збільшують середній час, протягом якого канали п...