Kaliumkanälen

Kaliumkanäle sind eine Gruppe von Ionenkanälen, die selektiv Kaliumionen durch die Zellmembran leiten. Sie spielen eine zentrale Rolle bei der Bestimmung des Ruhemembranpotentials, der Repolarisation von Aktionspotentialen und der Regulierung der Erregbarkeit von Neuronen, Muskelzellen und Sinneszellen. Durch ihre Vielfalt tragen sie wesentlich zur Steuerung der Neurotransmitterfreisetzung, Muskelkontraktion und allgemeinen elektrochemischen Homöostase bei.

Struktur und Untereinheiten: Die häufigsten Kaliumkanäle bestehen aus Untereinheiten, die sich zu Tetrameren zusammenlagern. Jedes Untereinheitsprotein besitzt typischerweise sechs Transmembrandomänen (S1–S6); zwischen S5 und S6 liegt der Pore-Loop, der den Kaliumeinstrom durch die Selektivitätsfilter-Sequenz (typischerweise TVGYG) ermöglicht. Andere Familien, wie die K2P-Leckkanäle, sind dimer aufgebaut und besitzen zwei Pore-Domänen. Die Vielfalt der Untereinheiten und Modulatoren erlaubt unterschiedliche Lokalisierungen, Schaltbedingungen und pharmakologische Eigenschaften.

Gating-Mechanismen: Kaliumkanäle werden durch verschiedene Reize geöffnet oder geschlossen. Voltage-gesteuerte Kaliumkanäle (Kv) reagieren auf Veränderungen des Membranpotentials über eine genomische Spannungs-Sensor-Domäne (S4). Inward-Rectifier-Kanäle (Kir) ermöglichen vor allem beim negativen Membranpotential K+-Einstrom, während Kalzium-abhängige Kanäle (BK, IK, SK) durch intrazelluläres Ca2+ reguliert werden. Leckkanäle (K2P) liefern eine konstitutive Basalleitung.

Bedeutung und Medizin: Kaliumkanäle tragen zur Ruhestromführung, zur Formung von Aktionspotentialen und zur Feinsteuerung der Erregbarkeit bei. Sie sind Ziele von pharmakologischen Substanzen; Blocker wie TEA oder 4-AP und Modulatoren wie Retigabin beeinflussen ihre Aktivität. Mutationen in Kaliumkanälen (z. B. KCNQ2/3) sind mit Epilepsieformen verbunden; andere Kanäle stehen im Zusammenhang mit Arrhythmien, Bewegungsstörungen oder Schmerz.