Kaliumkanal

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Der Kaliumkanal (engl. potassium channel) bezeichnet einen Ionenkanal, der in spezifischer Weise den Durchtritt für Kalium ionen durch eine Membran gestattet. Der Transport von Kaliumionen durch den Kaliumkanal erfolgt passiv durch Diffusion. Seine Richtung wird durch die elektrochemische Triebkraft für Kaliumionen bestimmt.

Inhaltsverzeichnis

1 Mechanismen der Aktivierung unterschiedlicher Kaliumkanäle
2 Selektivität
3 Hemmung des Kaliumkanals
4 Siehe auch
5 Quellen

[Bearbeiten] Mechanismen der Aktivierung unterschiedlicher Kaliumkanäle

[Bearbeiten] Spannungsaktivierte Kaliumkanäle

Spannungsaktivierte Kaliumkanäle öffnen sich bei Änderungen des Membranpotenzials und sind z. B. für die Repolarisation während des Aktionspotenzials eines Neurons verantwortlich. Die Aktivierung dieses Kaliumkanaltyps erfolgt durch Depolarisation der Membran beim gleichen Schwellenpotenzial wie das der Natriumkanäle. Allerdings erfolgt die Öffnung des Kaliumkanals dieses Typs sehr viel langsamer und hält länger an als die des Natriumkanals.

Ein weiterer spannungsaktivierter Kaliumkanal öffnet und schließt sich während der Depolarisation außerordentlich rasch (10^-4 bis 10^-5 s), verursacht so kurzfristig einen repolarisierenden Kaliumausstrom (A-Strom, engl. A-current, I_A) und ermöglicht dadurch ein schnelles „Feuern“ der Nervenzellen.

Man unterscheidet auswärts und einwärts gleichrichtende Kaliumkanäle (outward rectifier/inward rectifier, siehe rectifier).

[Bearbeiten] Kalziumaktivierte Kaliumkanäle

Sie öffnen sich bei einem starken Anstieg der intrazellulären Kalziumionen-Konzentration und repolarisieren bzw. hyperpolarisieren dadurch die Zellmembran.

[Bearbeiten] G-Protein-aktivierte Kaliumkanäle

Hierbei handelt es sich um Kaliumkanäle, welche direkt durch G-Proteine oder indirekt durch second messenger reguliert werden. Nach der Aktivierung des G-Protein-gekoppelten Rezeptors (GPCR) durch den Liganden (z. B. Acetylcholin im Fall des muscarinischen Acetylcholin-Rezeptors) wird in der Gα-Einheit des G-Proteins GDP durch GTP ausgetauscht. Im dadurch aktivierten Protein löst sich nun die α-Einheit vom Rest, wodurch Gβγ an den Kaliumkanal binden kann und diesen öffnet. Dieser bleibt solange geöffnet, bis das gebundene GTP an Gα wieder zu GDP hydrolysiert und sich die Untereinheiten wieder formieren.Eine wichtige Rolle spielen diese Kanäle für die Regulation der Herzfrequenz durch den parasympathischen Anteil des vegetatibven Nervensystems und an hemmenden Synapsen im Zentralnervensystem.

[Bearbeiten] mechanisch aktivierte Kaliumkanäle

Sie öffnen sich durch Druck oder Zug auf die Membran. So funktionieren z. B. die Kaliumkanäle an den tip links der Stereocilien der Haarzellen im Innenohr.

[Bearbeiten] ATP-sensitive Kaliumkanäle

Sie öffnen sich, wenn der zelluläre ATP-Gehalt sinkt und sind z.B.: in den insulinproduzierenden Beta-Zellen des Pankreas enthalten. Sie werden durch Arzneistoffe aus der Gruppe der Sulfonylharnstoffe blockiert^[1].

[Bearbeiten] Selektivität

Kaliumkanäle bilden eine Pore in der Membran. Auf der extrazellulären Seite der Pore befindet sich der sogenannte Selektivitätsfilter. Dieser bildet eine Art Pore, deren Durchmesser gerade groß genug ist, dass sie nur Kaliumionen ohne Hydrathülle passieren können. Diese Pore wird aus dem Polypeptid-Rückgrat gebildet, wobei die Carbonyl-Sauerstoffatome der Peptidbindungen genau so ausgerichtet sind, dass sie die Rolle des Sauerstoffs in den Wassermolekülen der Hydrathülle des Kaliumions „übernehmen“ können. Dadurch werden die Wassermoleküle verdrängt und folglich das Kaliumion dehydratisiert. Im Inneren der Pore befindet sich eine Tasche mit Wassermolekülen, wo die Kaliumionen sofort wieder hydratisiert werden. Andere Ionen werden nicht dehydratisiert und passen nicht durch diese Öffnung.

[Bearbeiten] Hemmung des Kaliumkanals

Wie andere Kanäle lassen sich auch Kaliumkanäle spezifisch durch Moleküle oder Peptide blockieren. Je nach Typ des Kaliumkanals sind dazu verschiedene Substanzen in der Lage. So können z. B. gezielt kalziumabhängige Kaliumkanäle blockiert werden, ohne dass andere Kanäle davon betroffen sind. Deshalb hat auch nicht jeder Hemmstoff dieselbe Wirkung im Körper, da die unterschiedlichen Kanaltypen im Vorkommen und Funktion differieren.

Oft wirkt der Hemmstoff direkt auf die Pore des Kanals, indem er diese verschliesst (z. B. das Tetraethylammonium-Kation), sei es von der Aussen- oder der Innenseite des Kanals. Viele natürliche Pflanzen- und Tiergifte enthalten Proteine, die Kaliumkanäle hemmen. So sind beispielsweise über 40 Peptide aus Skorpiongiften bekannt, die inhibierend auf Kaliumkanäle wirken. Aber auch Insektengifte wie das Apamin der Biene sind kaliumspezifisch.