قناة البوتاسيوم ذات التقويم الداخلي

📅 آخر تحديث: ٤ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٤ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 1 صور
الموسوعة الحرة

قنوات البوتاسيوم ذات التقويم الداخلي ( K <sub>ir</sub> ، IRK ) هي مجموعة فرعية محددة من قنوات البوتاسيوم التي تُفعَّل بواسطة الدهون . حتى الآن، تم تحديد سبع عائلات فرعية منها في أنواع مختلفة من خلايا الثدييات، [ 1 ] والنباتات، [ 2 ] والبكتيريا. [ 3 ] يتم تنشيطها بواسطة فوسفاتيديل إينوزيتول 4،5-ثنائي الفوسفات ( PIP<sub> 2</sub> ). وقد ارتبط خلل هذه القنوات بالعديد من الأمراض. [ 4 ] [ 5 ] تمتلك قنوات IRK نطاقًا مساميًا، مماثلًا لنطاق قنوات الأيونات ذات البوابات الفولتية ، وقطاعات غشائية محيطة (TMSs). قد توجد هذه القنوات في الغشاء على شكل متجانسات أو متغايرات قليلة الوحدات ، ويحتوي كل مونومر على ما بين 2 و4 قطاعات غشائية. من حيث الوظيفة، تنقل هذه البروتينات أيونات البوتاسيوم (K <sup>+</sup> ) ، مع ميل أكبر لامتصاصها مقارنةً بتصديرها . [ 3 ] تم اكتشاف عملية التقويم الداخلي بواسطة برنارد كاتز في خلايا العضلات الهيكلية في عام 1949 [ 6 ] ، ودينيس نوبل في خلايا عضلة القلب في الستينيات [ 7 ] .

نظرة عامة على عملية التقويم الداخلي

الشكل 1. تسجيلات التيار الخلوي الكامل لقنوات البوتاسيوم K <sub>ir2 </sub> ذات التقويم الداخلي، المُعبر عنها في خلية HEK293 . (هذا تيار قوي التقويم الداخلي. الانحرافات للأسفل تمثل تيارات داخلية، والانحرافات للأعلى تمثل تيارات خارجية، والمحور السيني يمثل الزمن بالثواني). يظهر في هذه الصورة 13 استجابة متراكبة. يمثل المنحنى السفلي التيار الناتج عن تغيير مفاجئ في الجهد إلى -60 ملي فولت ، والمنحنى العلوي إلى +60 ملي فولت، وذلك بالنسبة إلى جهد الراحة ، وهو قريب من جهد انعكاس أيونات البوتاسيوم في هذا النظام التجريبي. أما المنحنيات الأخرى، فتمثل تغيرات بمقدار 10 ملي فولت بين هذين المنحنيين.   

القناة "المقوّمة للداخل" هي قناة تسمح بمرور التيار (الشحنة الموجبة) بسهولة أكبر في الاتجاه الداخلي (داخل الخلية) مقارنةً بالاتجاه الخارجي (خارج الخلية). يُعتقد أن هذا التيار قد يلعب دورًا هامًا في تنظيم النشاط العصبي، من خلال المساعدة في استقرار جهد غشاء الخلية في حالة الراحة .

بحسب الاصطلاح، يُعرض التيار الداخلي (الشحنة الموجبة الداخلة إلى الخلية) في تقنية تثبيت الجهد الكهربائي على شكل انحراف لأسفل، بينما يُعرض التيار الخارجي (الشحنة الموجبة الخارجة من الخلية) على شكل انحراف لأعلى. عند جهد غشائي سالب لجهد انعكاس البوتاسيوم، تدعم قنوات البوتاسيوم ذات التقويم الداخلي تدفق أيونات البوتاسيوم الموجبة الشحنة إلى داخل الخلية، مما يعيد جهد الغشاء إلى جهد الراحة. يوضح الشكل 1 ذلك: عند تثبيت جهد الغشاء سالبًا لجهد راحة القناة (مثلًا -60  ملي فولت)، يتدفق التيار الداخلي (أي تتدفق الشحنة الموجبة إلى داخل الخلية). مع ذلك، عند ضبط جهد الغشاء موجبًا لجهد راحة القناة (مثلًا +60  ملي فولت)، تمر هذه القنوات تيارًا ضئيلًا جدًا. ببساطة، تمر هذه القناة تيارًا أكبر بكثير في الاتجاه الداخلي مقارنةً بالاتجاه الخارجي، ضمن نطاق جهد التشغيل الخاص بها. لا تُعد هذه القنوات مقومات مثالية، إذ يمكنها تمرير بعض التيار الخارجي في نطاق الجهد حتى حوالي 30  ملي فولت فوق جهد الراحة.

تختلف هذه القنوات عن قنوات البوتاسيوم المسؤولة عادةً عن إعادة استقطاب الخلية بعد جهد الفعل ، مثل قنوات البوتاسيوم من النوع A وقنوات البوتاسيوم ذات التقويم المتأخر . تحمل قنوات البوتاسيوم "النموذجية" هذه تيارات بوتاسيوم خارجية (بدلاً من داخلية) عند جهد غشاء مستقطب، ويمكن اعتبارها "مُقوِّمة خارجية". عند اكتشافها لأول مرة، سُمّي التقويم الداخلي "التقويم الشاذ" لتمييزه عن تيارات البوتاسيوم الخارجية. [ 8 ]

تختلف قنوات التقويم الداخلي أيضًا عن قنوات البوتاسيوم ذات نطاق المسام المزدوج ، المسؤولة بشكل كبير عن تيارات البوتاسيوم "المتسربة". [ 9 ] تحمل بعض قنوات التقويم الداخلي، والتي تُسمى "قنوات التقويم الداخلي الضعيفة"، تيارات بوتاسيوم خارجية قابلة للقياس عند جهود موجبة لجهد انعكاس البوتاسيوم ( وهي مساوية، ولكنها أكبر من، التيارات الصغيرة أعلى خط 0 نانو أمبير في الشكل 1). وتُساهم هذه القنوات، إلى جانب قنوات "التسريب"، في تحديد جهد غشاء الخلية في حالة الراحة. أما قنوات التقويم الداخلي الأخرى، والتي تُسمى "قنوات التقويم الداخلي القوية"، فتحمل تيارًا خارجيًا ضئيلاً جدًا، وتكون نشطة بشكل رئيسي عند جهود سالبة لجهد انعكاس البوتاسيوم ، حيث تحمل تيارًا داخليًا (التيارات الأكبر بكثير أسفل خط 0 نانو أمبير في الشكل 1). [ 10 ]

آلية التقويم الداخلي

تُعزى ظاهرة التقويم الداخلي لقنوات البوتاسيوم (K<sub>ir</sub>) إلى حجب عالي الألفة بواسطة البوليامينات الداخلية ، وتحديدًا السبيرمين ، بالإضافة إلى أيونات المغنيسيوم ، التي تسد مسام القناة عند الجهود الموجبة، مما يؤدي إلى انخفاض التيارات الخارجية. وينتج عن هذا الحجب المعتمد على الجهد بواسطة البوليامينات توصيل فعال للتيار في الاتجاه الداخلي فقط. وبينما يُفهم المبدأ الأساسي لحجب البوليامينات، لا تزال الآليات المحددة موضع جدل. [ 11 ]

التفعيل بواسطة PIP 2

تتطلب جميع قنوات K <sub>ir </sub> وجود فوسفاتيديل إينوزيتول 4،5-ثنائي الفوسفات (PIP<sub> 2 </sub>) للتنشيط. [ 12 ] يرتبط PIP<sub> 2 </sub> بقناة K <sub>ir </sub> 2.2 وينشطها مباشرةً بخصائص مشابهة للمنشطات. [ 13 ] وبناءً على ذلك، تُعد قنوات K <sub>ir </sub> قنوات أيونية مُفعّلة بواسطة PIP<sub> 2 </sub> .

دور

توجد قنوات K ir في أنواع متعددة من الخلايا، بما في ذلك البلاعم ، وخلايا القلب والكلى ، وكريات الدم البيضاء ، والخلايا العصبية ، والخلايا البطانية . ومن خلال التوسط في تيار صغير مزيل للاستقطاب من البوتاسيوم عند جهد غشائي سالب، فإنها تساعد في تحديد جهد الغشاء في حالة الراحة، وفي حالة مجموعة K ir 3 ، فإنها تساعد في التوسط في استجابات الناقلات العصبية المثبطة ، ولكن أدوارها في وظائف الخلايا تختلف باختلاف أنواع الخلايا.

موقعوظيفة
خلايا عضلة القلبتُغلق قنوات البوتاسيوم الداخلية (K <sub>ir</sub>) عند زوال الاستقطاب، مما يُبطئ إعادة استقطاب الغشاء ويُساعد في الحفاظ على جهد فعل قلبي أطول . ويختلف هذا النوع من قنوات التقويم الداخلي عن قنوات البوتاسيوم ذات التقويم المتأخر ، التي تُساعد في إعادة استقطاب الخلايا العصبية والعضلية بعد جهد الفعل ؛ وعن قنوات تسرب البوتاسيوم ، التي تُشكل جزءًا كبيرًا من أساس جهد غشاء الراحة .
الخلايا البطانيةتشارك قنوات K ir في تنظيم إنزيم أكسيد النيتريك سينثاز .
الكليتانتقوم K ir بتصدير فائض البوتاسيوم إلى الأنابيب الجامعة لإزالته في البول، أو بدلاً من ذلك قد تشارك في إعادة امتصاص البوتاسيوم إلى الجسم.
الخلايا العصبية وفي خلايا القلبتُعدّ قنوات IRK المنشطة بواسطة بروتين G (K ir 3) منظمات مهمة، تتأثر بالناقلات العصبية. تؤدي طفرة في قناة GIRK2 إلى طفرة "ويفر" في الفئران. تُعاني فئران "ويفر" الطافرة من ترنح، وتُظهر تنكسًا عصبيًا ناتجًا عن التهاب عصبي في خلاياها العصبية الدوبامينية. [ 14 ] بالمقارنة مع الفئران الضابطة غير المصابة بالترنح، تُعاني فئران "ويفر" الطافرة من قصور في التنسيق الحركي وتغيرات في استقلاب الدماغ الإقليمي. [ 15 ] خضعت فئران "ويفر" للدراسة في المختبرات المهتمة بتطور الجهاز العصبي وأمراضه لأكثر من 30 عامًا.
خلايا بيتا البنكرياسيةتتحكم قنوات K ATP (المكونة من وحدات K ir 6.2 و SUR1 الفرعية) في إطلاق الأنسولين.

أنظمة

قد يتم تنظيم اعتماد الجهد بواسطة أيونات البوتاسيوم الخارجية (K +) ، وأيونات المغنيسيوم الداخلية (Mg2 +) ، والأدينوسين ثلاثي الفوسفات الداخلي (ATP) ، و/أو بواسطة بروتينات G. تُظهر نطاقات P لقنوات IRK تشابهًا محدودًا في التسلسل مع تلك الموجودة في عائلة VIC. تلعب قنوات التقويم الداخلي دورًا في تحديد جهد غشاء الخلية، ويسمح إغلاق هذه القنوات عند إزالة الاستقطاب بحدوث جهد فعل طويل الأمد مع مرحلة استقرار. تفتقر قنوات التقويم الداخلي إلى الحلزونات الذاتية لاستشعار الجهد الموجودة في العديد من قنوات عائلة VIC. في حالات قليلة، مثل Kir1.1a وKir6.1 وKir6.2، اقتُرح أن التفاعل المباشر مع أحد أفراد عائلة ABC الفائقة يمنح المركب غير المتجانس خصائص وظيفية وتنظيمية فريدة، بما في ذلك الحساسية للأدينوسين ثلاثي الفوسفات. توجد هذه القنوات الحساسة للأدينوسين ثلاثي الفوسفات في العديد من أنسجة الجسم، وتجعل نشاط القناة مستجيبًا لنسبة الأدينوسين ثلاثي الفوسفات إلى الأدينوسين ثنائي الفوسفات في السيتوبلازم (زيادة نسبة الأدينوسين ثلاثي الفوسفات إلى الأدينوسين ثنائي الفوسفات تؤدي إلى إغلاق القناة). إن مستقبلات السلفونيل يوريا البشرية SUR1 و SUR2 (spQ09428 و Q15527 على التوالي) هي بروتينات ABC التي تنظم كل من قنوات Kir6.1 و Kir6.2 استجابة لـ ATP، وقد ينظم CFTR ( TC #3.A.1.208.4 ) قناة Kir1.1a. [ 16 ]

بناء

تم تحديد البنية البلورية [ 17 ] ووظيفة [ 18 ] أعضاء عائلة IRK-C البكتيرية. يتكون بروتين KirBac1.1، المستخلص من بكتيريا Burkholderia pseudomallei ، من 333 حمضًا أمينيًا، ويحتوي على نطاقين غشائيين طرفيين (TMS) يحيطان بحلقة P (الأحماض الأمينية 1-150)، والنصف الطرفي الكربوكسيلي من البروتين محب للماء. ينقل هذا البروتين الكاتيونات أحادية التكافؤ بانتقائية: K ≈ Rb ≈ Cs ≫ Li ≈ Na ≈ NMGM ( N- ميثيل- D- غلوكامين البروتوني ). ويُثبط نشاطه بوجود أيونات الباريوم (Ba²⁺ ) والكالسيوم (Ca²⁺ ) وانخفاض الرقم الهيدروجيني (pH). [ 18 ]

تصنيف

هناك سبع عائلات فرعية من قنوات K ir ، يشار إليها بـ K ir 1 – K ir 7. [ 1 ] كل عائلة فرعية لها أعضاء متعددة (مثل K ir 2.1، K ir 2.2، K ir 2.3، إلخ) والتي لها تسلسلات أحماض أمينية متطابقة تقريبًا عبر أنواع الثدييات المعروفة.

تتكون قنوات K ir من بروتينات غشائية متجانسة رباعية الوحدات. تتألف كل وحدة من الوحدات البروتينية الأربع المتطابقة من حلزونين ألفا عابرين للغشاء (M1 وM2). يمكن أن تتشكل متغايرات رباعية الوحدات بين أفراد من نفس العائلة الفرعية (مثل K ir 2.1 وK ir 2.3) عند فرط التعبير عن هذه القنوات.

تنوع

جينبروتينالأسماء المستعارةالوحدات الفرعية المرتبطة
KCNJ1K ir 1.1ROMK1NHERF2
KCNJ2كير 2.1​IRK1كيير 2.2 ، كيير 4.1 ، PSD-95 ، SAP97 ، AKAP79
KCNJ12K ir 2.2IRK2تتحد وحدتا K ir 2.1 و K ir 2.3 لتشكيل قناة غير متجانسة، والوحدة الفرعية المساعدة هي: SAP97، و Veli-1 ، و Veli-3 ، و PSD-95.
KCNJ4K ir 2.3IRK3K ir 2.1 و K ir 2.3 لتشكيل قناة غير متجانسة، PSD-95، Chapsyn-110 /PSD-93
KCNJ14K ir 2.4IRK4K ir 2.1 لتشكيل قناة غير متجانسة
KCNJ3كير 3.1​GIRK1، KGAلا تعمل K ir 3.2، وK ir 3.4، وK ir 3.5، وK ir 3.1 بمفردها
KCNJ6K ir 3.2GIRK2K ir 3.1، K ir 3.3، K ir 3.4 لتشكيل قناة غير متجانسة
KCNJ9K ir 3.3GIRK3K ir 3.1، K ir 3.2 لتشكيل قناة غير متجانسة
KCNJ5K ir 3.4GIRK4K ir 3.1، K ir 3.2، K ir 3.3
KCNJ10كير 4.1​K ir 1.2K ir 4.2 و K ir 5.1 و K ir 2.1 لتشكيل قنوات غير متجانسة
KCNJ15كير 4.2​K ir 1.3
KCNJ16K ir 5.1BIR 9
KCNJ8كير 6.1​K ATPSUR2B
KCNJ11K ir 6.2K ATPSUR1 و SUR2A و SUR2B
KCNJ13كير 7.1​K ir 1.4

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 كوبو واي، أديلمان جيه بي، كلافام دي إي، جان إل واي، كارشين إيه، كوراتشي واي، وآخرون . (ديسمبر 2005). "  الاتحاد الدولي لعلم الأدوية. 54. تسمية وعلاقات جزيئية لقنوات البوتاسيوم ذات التقويم الداخلي". مراجعات علم الأدوية . 57 (4): 509-26 . doi : 10.1124/pr.57.4.11 . PMID 16382105. S2CID 11588492 .  
  2. ↑ هيدريش ر، موران أ، كونتي ف، بوش هـ، بيكر د، غامبال ف، وآخرون (1995). "تختلف قنوات البوتاسيوم ذات التقويم الداخلي في النباتات عن نظيراتها الحيوانية في الاستجابة لمعدلات الجهد والقناة". المجلة الأوروبية للفيزياء الحيوية . 24 (2): 107-115 . doi : 10.1007/BF00211406 . PMID 8582318. S2CID 12718513 .   
  3. 1 2 "1.A.2 عائلة مقوم التيار الداخلي من النوع K (IRK-C)" . TCDB . تم الاسترجاع في 2016-04-09 .
  4. ↑ هانسن إس بي (مايو 2015). "تنشيط الدهون: نموذج PIP2 لقنوات الأيونات المرتبطة بالليجاند" . مجلة بيوكيميكا وبيوفيزيكا أكتا (BBA) - البيولوجيا الجزيئية والخلوية للدهون . 1851 ( 5): 620-628 . doi : 10.1016/j.bbalip.2015.01.011 . PMC 4540326. PMID 25633344 .  
  5. ↑ أبراهام، م. ر.، جهانجير، أ.، أليكسييف، أ. إ.، تيرزيتش، أ. (نوفمبر 1999). " اعتلالات قنوات البوتاسيوم ذات التقويم الداخلي" . مجلة FASEB . 13 (14): 1901-1910 . doi : 10.1096/fasebj.13.14.1901 . PMID 10544173. S2CID 22205168 .  
  6. ^ كاتز ، برنارد (1949). "الثوابت الكهربائية لغشاء العضلات". قوس. الخيال العلمي. فيزيول . 3 : 285 - 299.
  7. ↑ نوبل، دينيس (ديسمبر 1965). "الخصائص الكهربائية لعضلة القلب الناتجة عن التقويم الداخلي (الشاذ)" . مجلة علم وظائف الأعضاء الخلوية والمقارنة . 66 (ملحق 2): 127-135 . doi : 10.1002/jcp.1030660520 . ISSN 0095-9898 . 
  8. ↑ بيرتيل هيل (2001). قنوات الأيونات في الأغشية القابلة للاستثارة ، الطبعة الثالثة (سيناور: سندرلاند، ماساتشوستس)، ص 151. ISBN 0-87893-321-2.
  9. ↑ هيل، ص 155.
  10. ↑ هيل، ص 153.
  11. ↑ لوباتين، أ.ن.، ماخينا، إ.ن.، نيكولز، س.ج. (نوفمبر 1995). "آلية التقويم الداخلي لقنوات البوتاسيوم: "سد المسام الطويلة" بواسطة البوليامينات السيتوبلازمية" . مجلة علم وظائف الأعضاء العامة . 106 (5): 923-955 . doi : 10.1085/jgp.106.5.923 . PMC 2229292. PMID 8648298 .  
  12. ↑ تاكر إس جيه، وباوكروويتز تي (مايو 2008). "كيف ترتبط الدهون الأنيونية عالية الشحنة بقنوات الأيونات وتنظمها" . مجلة علم وظائف الأعضاء العامة . 131 (5): 431-438 . doi : 10.1085/jgp.200709936 . PMC 2346576. PMID 18411329 .  
  13. ↑ هانسن إس بي، تاو إكس، ماكينون آر (أغسطس 2011). "الأساس البنيوي لتفعيل PIP2 لقناة البوتاسيوم الداخلية الكلاسيكية Kir2.2" . نيتشر . 477 ( 7365): 495-498 . Bibcode : 2011Natur.477..495H . doi : 10.1038/nature10370 . PMC 3324908. PMID 21874019 .  
  14. ↑ بينغ جيه، شي إل، ستيفنسون إف إف، ميلوف إس، دي مونتي دي إيه، أندرسن جيه كيه (نوفمبر 2006). " التنكس العصبي الدوباميني في المادة السوداء المخططية لدى فأر ويفر يتوسطه الالتهاب العصبي ويخففه إعطاء المينوسيكلين" . مجلة علم الأعصاب . 26 (45): 11644-51 . doi : 10.1523/JNEUROSCI.3447-06.2006 . PMC 6674792. PMID 17093086 .  
  15. ↑ سترازييل سي، دايس في، نودون إل، رايسمان-فوزاري آر، لالوند آر (أكتوبر 2006). "الاختلافات الدماغية الإقليمية في نشاط سيتوكروم أوكسيداز والتناسق الحركي في فئران Girk2(Wv) (ويفر) الطافرة". علم الأعصاب . 142 (2): 437-449 . doi : 10.1016/j.neuroscience.2006.06.011 . PMID 16844307. S2CID 33064439 .  
  16. ↑ طلب WO رقم 0190360 ، وي إم إتش، تشاتورفيدي كيه، غيغلر كيه، ويبستر إم، كيتشوم كيه إيه، دي فرانشيسكو في، بيزلي إي، "بروتينات ناقلة بشرية معزولة، وجزيئات حمض نووي تشفر بروتينات ناقلة بشرية، واستخداماتها"، نُشر في 29 نوفمبر 2001، مُسجل باسم شركة أبيرلا. 
  17. ↑ كو أ، غولبيس جيه إم، أنتكليف جيه إف، رحمن تي، لوي إي دي، زيمر جيه، وآخرون (يونيو 2003). " البنية البلورية لقناة البوتاسيوم KirBac1.1 في الحالة المغلقة" . مجلة ساينس . 300 (5627): 1922-1926 . Bibcode : 2003Sci...300.1922K . doi : 10.1126/science.1085028 . PMID 12738871. S2CID 2703162 .   
  18. 1 2 إنكفيتشاكول د، بهاتاشاريا ج، جيليازكوفا إ، غروسبيك دك، كوكراس سأ، نيكولز سج (نوفمبر 2004). " التوصيف الوظيفي لقناة Kir بدائية النواة" . مجلة الكيمياء البيولوجية . 279 (45): 47076-80 . doi : 10.1074/jbc.C400417200 . PMC 8629170. PMID 15448150 .  
  19. ↑ رايان دي بي، دا سيلفا إم آر، سونغ تي دبليو، فونتين بي، دونالدسون إم آر، كونغ إيه دبليو، وآخرون . (يناير 2010). "طفرات في قناة البوتاسيوم Kir2.6 تسبب قابلية الإصابة بالشلل الدوري الناتج عن فرط نشاط الغدة الدرقية ونقص بوتاسيوم الدم" . مجلة Cell . 140 (1): 88-98 . doi : 10.1016/j.cell.2009.12.024 . PMC 2885139. PMID 20074522 .   
  20. ↑ بوكنهاور د، فيذر س، ستانيسكو هـ س، باندوليك س، زديبك أ أ، رايشولد م، وآخرون . (مايو 2009). " الصرع، والرنح، والصمم الحسي العصبي، واعتلال الأنابيب الكلوية، وطفرات جين KCNJ10" . مجلة نيو إنجلاند الطبية . 360 (19): 1960-1970 . doi : 10.1056/NEJMoa0810276 . PMC 3398803. PMID 19420365 .   

للمزيد من القراءة

  • هيل ب (2001). قنوات الأيونات في الأغشية القابلة للاستثارة (  الطبعة الثالثة). سندرلاند، ماساتشوستس: سيناور. الصفحات 149-154 . ISBN  0-87893-321-2.