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鉀離子通道

鉀離子通道數量眾多，幾乎存在於所有型別的生物體中。它們在調節 K⁺ 離子流入中起著重要作用，從而產生細胞產生動作電位所需的電位梯度。請注意，當我們談論離子的“流入”時，我們指的是淨通量，因為離子可以雙向流動。

該通道是一個整合蛋白，是一個四聚體，能夠結合四個配體，雖然不是同時結合。它呈錐形，寬大的“開口”從細胞內部開始，向細胞外部（選擇性過濾器所在位置）收縮。只有通道內部的外部腔體和“開口”周圍有水層。

機制

在細胞內部，有 K⁺ 離子進入泵的寬開口。當它們進入時，它們通常成對進入，中間夾著一個水分子（機制圖中的#1）。為了透過通道，它們必須透過選擇性過濾器，選擇性過濾器包含四個結合位點（能夠結合兩個 K⁺ 離子）。結合位點由 TVGYG 氨基酸序列排列，該序列包含用於脫水離子的氧原子的羰基。K⁺ 離子的脫水對於建立與結合位點的有效相互作用是必要的。選擇性過濾器將進行構象變化並牢固地結合 K⁺，穩定結合位點（#2）。這使得 K⁺ 離子能夠向前移動到下一個結合位點，該位點與前一個位點處於類似的自由能狀態（#3）。然而，一旦它到達出口附近，完全排出不會立即發生，因為從能量學角度來看這是不利的（仍然是 #3）。只有當第二個 K⁺ 離子進入第一個結合位點時，兩個離子之間的靜電作用才會將第一個 K⁺ 離子排出（#4-5）。這種情況發生得非常快。

選擇性

在細胞內外，都存在 K⁺ 和 Na⁺。因此，從理論上講，該通道可以滲透其中任何一種。然而，鉀離子通道的選擇性源於離子脫水的自由能成本差異。脫水 Na⁺ 離子的成本 (72 kcal/mol) 高於脫水 K⁺ 離子的成本 (55 kcal/mol)。

此外，兩種離子半徑的差異會影響結合位點對離子的結合親和力。Na⁺ 是一種比 K⁺ 小的離子。由於它大約為 0.95 埃的較小半徑，它與氧 (1.4 埃) 形成的鍵將導致 2.35 埃的鍵長——對於最佳相互作用來說太近了。相比之下，K⁺ 的半徑為 1.33 埃，與氧形成 2.73 埃的鍵長。這是一個合適的長度，可以使相互作用更好。因此，Na⁺ 離子不能脫水，因此無法穿透通道。

協同性

選擇性過濾器中由 TVGYG 序列組成的四個結合位點以負協同的方式起作用。這使通道對它可以穿過的離子具有高選擇性，並透過靜電排斥實現非常快速的擴散。

參考文獻

Berg, J., Tymoczko, J., Stryer, L. (2002). Biochemistry (第 5 版) 紐約：W. H. Freeman and Company。

Grigoryan, G., Moore, D., DeGrado, W. (2011 年 5 月 3 日)。跨膜通訊：M2 質子通道、K⁺ 通道和整合素受體結構和功能的一般原理和經驗教訓。檢索自《生物化學年度評論》。