Kalium-Ionen-Kanal

Kalium-Ionenkanäle sind komplexe Transmembranproteine, deren Aufgabe es ist, den Transfer von Kalium-Ionen durch die Lipid-Doppelschicht der Membran zu ermöglichen.

Die Struktur der Kalium-Ionenkanal-Familie ist in der Regel hoch konserviert, und nicht anders als Natrium-Ionenkanäle besteht ein Kanal in der Regel aus 4 Untereinheiten oder Domänen, die ihrerseits aus 6 Transmembran-Helices aufgebaut sind, wobei der Raum zwischen den 4 Domänen die eigentliche Pore bildet.

Vierzig verschiedene Versionen solcher Domänen - genannt Kv - wurden bisher beim Menschen identifiziert, die normalerweise in 12 Familien kategorisiert werden. Ein Kalium-Ionenkanal kann jedoch aus einer Kombination verschiedener Domänen aufgebaut sein, die nicht notwendigerweise identische Tetramere der gleichen Untereinheit sind, was sich auf die Eigenschaften des Kanals auswirkt. Zum Beispiel wurden einige spezifische Kombinationen identifiziert, die eine schnelle Deaktivierung des Ionenkanals oder im Gegenteil eine verzögerte Deaktivierung auslösen, was sich direkt auf das wiederholte Feuern von Aktionspotentialen über die Axonmembran auswirkt (Abbildung 1).

Die spannungsabhängige Aktivierungskinetik des Kalium-Ionenkanals kann in eine schnelle und eine langsame Kinetik unterteilt werden, sowie in eine durch niedrige Spannung aktivierte und eine durch hohe Spannung aktivierte. Schnelle Kinetiken werden durch die Kaliumionenkanäle K v 1, K v 3 und K v 4 dargestellt. Langsame Kinetik zeigen die Kalium-Ionenkanäle K v 7 und K v 2. Bei einem durch niedrige Spannung aktivierten Kanal steigt in Schritt 1 die Spannung von minus 90 auf minus 30 Millivolt, in Schritt 2 bleibt die Spannung konstant bei minus 30 Millivolt, in Schritt 3 sinkt die Spannung auf minus 70 Millivolt. K v 1, K v 4 und K v 7 sind durch niedrige Spannung aktivierte Kanäle. K v 1 hat einen schnellen Anstieg des Stroms bei Schritt 1, bleibt konstant, dann gibt es bei Schritt 3 einen schnellen Abfall. K v 4 hat einen schnellen Anstieg des Stroms bei Schritt 1, dann gibt es eine exponentielle Abnahme. K v 7 hat einen allmählichen Anstieg des Stroms ab Schritt 1, dann einen steilen Abfall bei Schritt 3. In einem hochspannungsaktivierten Kanal steigt in Schritt 4 die Spannung von minus 70 auf 0 Millivolt, in Schritt 5 bleibt die Spannung konstant bei 0 Millivolt, in Schritt 6 sinkt die Spannung auf minus 70 Millivolt. K v 3 und K v 2 sind hochspannungsaktivierte Kanäle. K v 3 hat einen schnellen Anstieg des Stroms bei Schritt 4, bleibt konstant und nimmt dann bei Schritt 6 schnell ab. K v 2 hat einen allmählichen Anstieg des Stroms bei Schritt 4, bleibt konstant und hat dann einen schnellen Abfall bei Schritt 6.

Abbildung 1: Unterschiedliche Kombinationen von Domänen um die Pore herum lösen unterschiedliche Aktivierungsbedingungen und Kinetiken aus.