Naponski_ovisni_ionski_kanal
Mehanizam
Kristalografska studija strukture kalijevog kanala pokazala je da, kada se potencijalna razlika unese preko membrane, povezano električno polje izaziva konformacijsku promjenu u kalijevom kanalu. Konformacijska promjena iskrivljuje oblik proteina kanala u dovoljnoj mjeri tako da se šupljina, ili kanal, otvara kako bi se omogućio priliv ili efluks kroz membranu. Ovo kretanje iona niz njihove koncentracijske gradijente potom stvara električnu struju dovoljnu da depolarizira ćelijsku membranu. Naponski-vođeni natrijevi i kalcijski kanali se sastoje od jednog polipeptida sa četiri homologna domena. Svaki domen sadrži po 6 membrana koje se protežu od alfa-heliksa. Jedna od ovih spirala, S4, je heliks koji osjeti napon. S4 segment sadrži mnogo pozitivnih naboja tako da visoki pozitivni naboj izvan ćelije odbija spiralu, održavajući kanal u zatvorenom stanju. Općenito, dio ionskog kanala koji osjeća napon odgovoran je za detekciju promjena u transmembranskom potencijalu koje pokreću otvaranje ili zatvaranje kanala. Općenito se smatra da S1-4 alfa-heliksi služe ovoj ulozi. U kalijevim i natrijevim kanalima, S4 heliksi koji se bave naponom sadrže pozitivno nabijene ostatke lizina ili arginina u ponavljanim motivima. U svom stanju mirovanja, polovina svake spirale S4 je u kontaktu sa ćelijskim citosolom. Nakon depolarizacije, pozitivno nabijeni ostaci na S4 domenima kreću se prema egzoplazmatskoj površini membrane. Smatra se da prva 4 arginina predstavljaju struju zatvaranja, koja se kreće prema vanćelijskom rastvaraču nakon aktivacije kanala, kao odgovor na depolarizaciju membrane. Kretanje 10-12 ovih pozitivnih naboja vezanih za proteine pokreće konformacijsku promjenu koja otvara kanal. Tačan mehanizam po kojem se ovo kretanje događa još nije dogovoren, međutim kanonski, transporterski, veslački i uvrnuti modeli su primjeri dosadašnjih teorija. Kretanje naponskog senzora pokreće konformacijsku promjenu ulaza provodnog puta, kontrolirajući protok iona kroz kanal. Glavni funkcionalni dio domena proteina osjetljivog na napon ovih kanala općenito sadrži regiju sastavljenu od spirala S3b i S4, poznatu kao "lopatica" zbog svog oblika, koja izgleda kao konzervirana sekvenca, međusobno zamjenjiva, u širokom izboru ćelija i vrsta. Slična lopatica senzora napona je također pronađena u porodici nsponski-osjetljivih fosfataza u različitim vrstama. Genetičkoinženjerstveno uvedene regije lopatice od vrsta nastanjenih u vulkanskim Archaebacteria u kalijeve kanale pacovskog mozga rezultira potpuno funkcionalnim ionskim kanalom, sve dok se cijelo netaknuto veslo zamijeni.<ref name Ova "modularnost" dozvoljava upotrebu jednostavnih i jeftinih modela sistema za proučavanje funkcije ovog regiona, njegove uloge u bolestima i farmaceutske kontrole njegovog ponašanja, a ne da bude ograničena na loše okarakterisane, skupe i/ ili pripreme koje su teške za proučavanje. Iako se ionski kanali koji se regulišu naponom obično aktiviraju membranom depolarizacija, neki kanali, kao što sun kanali ispravljača kalijevih ionskih kanala ka unutrašnjosti, se umjesto toga aktiviraju hiperpolarizacijom. Smatra se da je kapija/ulaz povezan(a) sa naponskim područjima kanala i čini se da sadrži mehaničku prepreku ionskom toku. Dok je domen S6 dogovoren kao segment koji djeluje kao ova opstrukcija, njegov tačan mehanizam nije poznat. Moguća objašnjenja uključuju: segment S6 čini pokret poput škara, omogućavajući ionima da prolaze, segment S6 se lomi na dva dijela, omogućavajući prolazak iona kroz kanal, ili sam S6 kanal služi kao kapija. Mehanizam po kojem pomicanje segmenta S4 utiče na segment S6 je još uvijek nepoznat, međutim teoretizira se da postoji S4-S5 linker čije kretanje omogućava otvaranje S6. Inaktivacija ionskih kanala dešava se unutar milisekundi nakon otvaranja. Smatra se da je inaktivacija posredovana unutarćelijskom kapijom koja kontrolira otvaranje pora u unutrašnjosti ćelije. Ova kapija je modelirana kao lopta vezana za fleksibilni lanac. Tokom inaktivacije, lanac se sam savija i lopta blokira protok iona kroz kanal. Brza inaktivacija je direktno povezana s aktivacijom uzrokovanom intramembranskim pokretima S4 segmenata, iako je mehanizam koji povezuje kretanje S4 i zahvatanje kapije za inaktivaciju nepoznat.