Spänningsberoende

Spänningsberoende, eller voltagesberoende, beskriver egenskaper eller processer som varierar med membranpotentialen. Inom biologi används termen främst för proteiner vars aktivitet ökar eller minskar när den elektriska potentialen över cellmembranet ändras. Den mest studerade typen är spänningsberoende jonkanaler (voltage-gated ion channels), där sannolikheten att kanalen öppnas eller hur mycket jonflöde som sker beror på membranpotentialen.

Den bakomliggande mekanismen involverar ett spänningssensorområde, ofta en S4-helix som bär positiva laddningar. Vid depolarisering rör sig spänningssensoren och orsakar konformationsförändringar i kanalens gate, vilket öppnar den selektiva vägen för joner. Många kanaler uppvisar även inaktivering efter att de öppnats, så att de snabbt stängs trots att depolariseringen kvarstår. Återgång till vilande potential leder till deaktivering och återställande av vilotillståndet.

Spänningsberoende kanaler är avgörande för elektrisk excitabilitet i nerv- och muskelfunktion, samt i hjärtats rytm. Na+-kanalerna driver uppstarten av aktionspotentialer i nervceller, K+-kanalerna återställer vilopotentialen, och Ca2+-kanalerna reglerar neurotransmittorfrisättning samt muskelkontraktioner.

Experimentellt studeras spänningsberoende ofta med patch-clamp-teknik för att mäta jonströmmar som svarar på förändringar i membranpotential. Data kan beskrivas med Boltzmann-funktioner, där V1/2 anger den potential där kanalen är 50% öppen och lutningen anger hur känsligt kanalen reagerar på potentialförändringar. Vanliga kanalfamiljer är Nav, Kv och Cav.