Молекулярная структура потенциал-зависимых каналов презентация

Молекулярная структура потенциал-зависимых каналов
Канал состоит из 4-х доменов (α-субъединиц),
каждый из которых включает 6, 4 или 2 трансмембранных сегментов (спиралей). Их называют, соответственно, 6ТМ-, 4ТМ- и 2ТМ-каналы.

Молекулярная структура потенциал-зависимых каналов
Их общим признаком является гидрофобный участок между 5 (S5) и 6 (S6) (или М1 и М2) трансмембранными сегментами каждого из доменов. Каждый домен этих каналов включает внеклеточную повторно входящую в мембрану петлю, а конфигурация этих доменных петель формирует водную пору, высокоселективную к определенному иону.

Молекулярная структура потенциал-зависимых каналов
Некоторые каналы кроме α-, включают различные β-субъединицы

Филогенез потенциал-зависимых каналов
Все потенциал (или вольт)-зависимые каналы являются модульными производными от минимальной структуры α-субъединицы К+-каналов внутреннего выпрямления (KIR–каналы, англ., Inward-Rectifier), включающей два трансмембранных сегмента и представляют самый многочисленный класс в семействе ионных каналов.

Филогенез потенциал-зависимых каналов
Каналы, образующие водную пору, включают потенциал-зависимые:
K+-, Ca2+- и Na+-селективные каналы
К+-каналы внутреннего выпрямления (KIR)
потенциал-независимые:
К+-каналы с двумя водными порами
Na+-каналы (Na+ ток утечки)
каналы, состояние которых зависит от связывания с различными внутриклеточными лигандами:
АТФ-активируемые К+-каналы,
Са2+ или Nа+ (Са2+(Nа+)-зависимые КСа(Na)-каналы)
Са2+-каналы, активируемые комплексом Са2+-калмодулин
цАМФ (цГМФ)-зависимые неселективные катионные каналы
К+-каналы, активируемые с участием G-белков
!!! внеклеточными лигандами:
ионотропные глутаматные рецепторы (AMPA, каиновые и NMDA)

Филогенез потенциал-зависимых каналов
Каналы, образующие водную пору, включают потенциал-зависимые:
K+-, Ca2+- и Na+-селективные каналы,
К+-каналы внутреннего выпрямления,
К+-каналы с двумя водными порами,
цАМФ (цГМФ)-зависимые неселективные катионные каналы,
ионотропные глутаматные рецепторы (AMPA, каиновые и NMDA).

Филогенез потенциал-зависимых каналов

Филогенез потенциал-зависимых каналов
Добавление четырех трансмембранных сегментов к N-терминали KIR–канала преобразует его в типичный потенциал-зависимый КV-канал семейства 6ТМ

Филогенез потенциал-зависимых каналов
При удвоении α-субъединицы KIR–канала получается тандемный домен K2P-канала, который включает две водные поры

Филогенез потенциал-зависимых каналов
Четыре α-субъединицы КV-канала, объединяясь в общую структуру, формируют Na+- и Ca2+-каналы

Филогенез потенциал-зависимых каналов
Добавление различных дополнительных участков белка приводит к зависимости активации каналов от связывания с различными лигандами, например,
с АТФ (АТФ-чувствительные KIR–каналы),
с Са2+ или Nа+ (Са2+(Nа+)-зависимые КСа(Na)-каналы), при этом добавляется одна трансмембранная петля
с комплексом Са2+-калмодулин (Са2+-каналы),
с циклическими нуклеотидами (цАМФ(цГМФ)-активируемые каналы)

Филогенез потенциал-зависимых каналов
Лиганд-активируемые ионотропные глутаматные рецепторы сходным образом формируются из модулей потенциал-активируемых каналов. Субъединица таких глутаматных рецепторов, по-видимому, происходит от инвертированной α-субъединицы KIR–канала, к которой присоединяется дополнительный домен (TM4).

К+-каналы
С 1980-х г.г. идентифицировано более 80 генов, кодирующих различные вариации α-субъединиц определенных К+-каналов. Каждый К+-канал состоит из первичной формирующей водную пору α-субъединицы (домен), которая иногда ассоциирована со вспомогательной регуляторной субъединицей. В соответствии с аминокислотной последовательностью и спецификой трансмембранной конфигурации доменов (α-субъединиц) К+-каналы подразделяют на три семейства:
К+-каналы, состоящие из доменов c двумя гидрофобными трансмембранными участками (сегментами) (2ТМ-каналы);
четырьмя трансмембранными сегментами (4ТМ-каналы), или доменами с двумя порами (K2P-каналы)
с шестью трансмембранными сегментами (6ТМ-каналы).

К+-каналы
К+-каналы, состоящие из доменов c двумя гидрофобными трансмембранными участками (сегментами) (2ТМ-каналы);
с шестью трансмембранными сегментами (6ТМ-каналы).
с шестью трансмембранными сегментами (6ТМ-каналы) и c двумя трансмембранными сегментами (2ТМ-каналы);
четырьмя трансмембранными сегментами (4ТМ-каналы), или доменами с двумя порами (K2P-каналы)

К+-каналы
C шестью трансмембранными сегментами (6ТМ-каналы) и c двумя трансмембранными сегментами (2ТМ-каналы);
8TM/2P channels, which are hybrids of 6TM/P and 2TM/P, and were first found in yeast

Разновидности К+-каналов
Schematic representation of the structural classification of K+ channel subunits.
A, 6-TM subunits. The voltage-gated K+ channels are composed of four subunits each containing six transmembrane segments (S1-S6) and a conducting pore (P) between S5 and S6 with a voltage sensor (positive charge of amino acid residues) located at S4. Some of the voltage-gated K+ channels include an auxiliary β-subunit (Kvβ), which is a cytoplasmic protein with binding site located at the N terminus of the α-subunit. The inset shows the general assembly of K+channels. The homotetrameric K+ channel consists of four identical subunits while different α-subunits form heterotetrameric K+ channels.
IKDR, delayed rectifying K+ current
IKTO, transient outward delayed rectifier IKUR, ultrarapid delayed rectifier
IKr, cardiac rapid delayed rectifier
IKs, cardiac slow delayed rectifier

Разновидности К+-каналов
Schematic representation of the structural classification of K+ channel subunits.
B, 2-TM subunits. The inward rectifier K+ channel belongs to a superfamily of channels with four subunits each containing two transmembrane segments (M1 and M2) with a P-loop in between.
RomK - the renal outer medullary potassium channel is an ATP-dependent potassium channel
IACh, muscarine-activated K+ current
IK1, inward rectifier

Разновидности К+-каналов
Schematic representation of the structural classification of K+ channel subunits.
C, 4-TM subunits. This represents a class of the K+ channels that has four transmembranes with two P-loops.
TWIK, two-pore weak inward rectifier
TASK, TWIK-related acid-sensitive K+ channel
TRAAK, TWIK-related arachidonic acid-stimulated K+channel
TREK channels are opened by a variety of physical (stretch, acidosis and heat) and chemical stimuli (polyunsaturated fatty acids, lysophospholipids and volatile anaesthetics) and are regulated by phosphorylation
.

К+-каналы 2ТМ-семейства
Все многообразие потенциал-зависимых каналов в эволюции происходит от каналов этого семейства, которые найдены и всесторонне исследованы в мембранах прокариот (бактерий).
Это семейство представлено К+-каналами так называемого внутреннего выпрямления (KIR, англ., inward-rectifier) и включает семь групп разновидностей, насчитывающих в свою очередь много подтипов α-субъединиц.

Разнообразие К+-каналов 2ТМ-семейства

Разновидности К+-каналов
IACh, muscarine-activated K+ current
IK1, inward rectifier.

К+-каналы 2ТМ-семейства
Ранние представления о структуре К+-канала
Канал включает наружное и внутреннее устья размером 8 Å.
Узкий селективный фильтр размером 3 Å пропускает только частично дегидратированные ионы К+.
Канал включает также воротный механизм.

К+-каналы 2ТМ-семейства
Сведения о структурной организации этих каналов в настоящее время ограничены строением K+-канала, представленного одиночным бактериальным белком KCSA, мембран бактерий Streptomyces lividans, выявленным методом рентгеновской кристаллографии. Канал KCSA воспроизводит топологию KIR-канала эукариот.
α-субъединица состоит из наружного и внутреннего трансмембранных участков и петли между ними, погруженной в мембрану и образующей водную пору. Трансмембранные участки М1 и М2 KCSA-( KIR)-каналов являются структурными эквивалентами сегментов S5 и S6 KV-каналов.

К+-каналы 2ТМ-семейства
Путь ионов К+ через канал включает относительно обширную водную полость, связанную с узким селективным фильтром.
Отрицательно заряженные (отмечено красным) выступы спиральных доменов канала обращены внутрь водной полости, что обеспечивает дегидратацию ионов К+ (обозначены зеленым) и тем самым их проникновение через селективный фильтр.
внешняя среда
цитоплазма

К+-каналы 2ТМ-семейства
Токи через эти каналы активируются при гиперполяризации и текут предпочтительно в направлении внутрь клетки, смещая потенциал мембраны к равновесному потенциалу для К+.
Это семейство включает:
1) К+-каналы устойчивого внутреннего выпрямления,
2) К+-каналы, активируемые с участием G-белков,
3) АТФ-активируемые К+-каналы.
Водная пора этих каналов сформирована тетрамером из четырех α-субъединиц.

К+-каналы 4ТМ-семейства
Каналы этого семейства обеспечивают ток утечки IK,leak независимо от мембранного потенциала. Они регулируются большим числом нейромодуляторов.
Первичная α-субъединица содержит два домена, каждый из которых формирует водную пору.
Эти домены, образующие своеобразный тандем, напоминают одиночные домены (α-субъединицы) каналов семейства 2ТМ.

К+-каналы 4ТМ-семейства
Каналы этого семейства представляют собой функциональный димер, состоящий из двух тандемных доменов.
Каждый такой тандемный домен содержит по два гидрофобных участка, погруженных в мембрану между трансмембранными сегментами и представляющих собой две водные поры.
Поэтому К+-каналы, представленные димерами таких доменов, называют K2P-каналами, т.е.содержащими две водные поры.

К+-каналы 4ТМ-семейства

Разновидности К+-каналов
TWIK, two-pore weak inward rectifier;
TASK, TWIK-related acid-sensitive K+ channel;
TRAAK, TWIK-related arachidonic acid-stimulated K+channel.
TREK channels are opened by a variety of physical (stretch, acidosis and heat) and chemical stimuli (polyunsaturated fatty acids, lysophospholipids and volatile anaesthetics) and are regulated by phosphorylation

Разновидности К+-каналов. TREK channels.
TREK channels are opened by a variety of physical (stretch, acidosis and heat) and chemical stimuli (polyunsaturated fatty acids, lysophospholipids and volatile anaesthetics) and are regulated by phosphorylation

К+-каналы 6ТМ-семейства
Сегменты S5 и S6 α-субъединиц этих каналов являются эквивалентами сегментов М1 и М2 α-субъединиц каналов 2ТМ-семейства.

К+-каналы 6ТМ-семейства
Включает два основных подсемейства:
1) потенциал-зависимые KV-каналы
2) потенциал/Са2+-зависимые или только Са2+-зависимые
К-каналы (КСа-каналы).
Каждое из этих подразделений содержит много подтипов α-субъединиц, и некоторые из них (KV1) могут быть ассоциированы с двумя разновидностями (β1 и β2) вспомогательной регуляторной β-субъединицы.

Разнообразие К+-каналов 6ТМ-семейства
Kv – потенциал-зависимые,
остальные – Са2+-зависимые

К+-каналы 6ТМ-семейства
Подсемейство потенциал-зависимых KV-каналов
Одна группа KV-каналов (KV1-4) включает функциональные
К+-каналы задержанного выпрямления (англ., delayed rectifier) (проводят ток IK)
К+-каналы А-типа, которые активируются при деполяризации мембраны (проводят ток IA).
Другая группа (KV7- и KV10-12-каналов) характеризуется низким порогом деполяризации и регулируется метаботропными мускариновыми и серотониновыми рецепторами. Эти каналы пропускают неинактивирующийся К+-ток (IМ , IS), который возникает при потенциале близком к ПП.

Разделение IK и IA

К+-каналы 6ТМ-семейства
Подсемейство Са2+(Nа+)-зависимые KСа(Na)-каналы (KСа1-5)
Три изоформы этих каналов наряду с зависимостью от Са2+ также демонстрируют зависимость и от Nа+. Каналы этого подсемейства в свою очередь подразделяются на три группы, обеспечивающие высокую, низкую и промежуточную К+-проводимость. α-субъединица этих каналов имеет добавочный трансмембранный сегмент вблизи N-конца.

К+-каналы 6ТМ-семейства
В семействе 6TM водная пора представлена тетрамером из четырех α-субъединиц. В редких случаях в состав тетрамера могут входить α-субъединицы разных подтипов.
KV
KСа

К+-каналы 6ТМ-семейства
Эти каналы проводят большую часть известных К+-токов – IK, IC, IAHP, IA, ID и IM.

Селективный фильтр К+-каналов
Уникальный и консервативный селективный фильтр представлен пятью кислотными остатками (-COO-), которые образуют кольцо из атомов кислорода их карбоксильных групп и формируют своеобразный «трафаретный кислородный каркас».
Этот каркас имитирует расположение молекул воды вокруг гидратированного иона К+. Из-за этого ион К+ легко проникает в селективный фильтр в результате диффузии в водном растворе.
Гидратированные ионы Na+ (хотя и меньшие по диаметру) имеют другое расположение молекул воды вокруг них и из-за этого не могут проникать в область селективного фильтра.

К+-каналы
Свойства другого участка значительно варьируют среди различных семейств К+-каналов.
Этот участок чувствителен к некоторым агентам, которые влияют на активность К+-канала:
- потенциал мембраны,
- внутриклеточный Са2+,
- фосфорилирование,
- активные субъединицы G-белков.
Например, трансмембранный сегмент S4 домена потенциал-зависимого KV-канала содержит множество положительно заряженных остатков аминокислот, которые предположительно являются потенциал-чувствительными сенсорами.

К+-каналы
Положительно заряженные потенциал-чувствительные сенсоры сегмента S4 выполняют роль потенциал-зависимых ворот ионных каналов. Процесс потенциал-зависимой активации может вызывать поворот положительно-заряженного трансмембранного сегмента S4 в направлении наружу.
Этот поворот свою очередь обуславливает движение сегмента S6 вблизи внутриклеточного конца поры (не показано) и, как следствие, изменение конформации петли водной поры. В результате канал приобретает способность проводить специфический ион.

К+-каналы
Положительно заряженные потенциал-чувствительные сенсоры сегмента S4 выполняют роль потенциал-зависимых ворот ионных каналов. Процесс потенциал-зависимой активации может вызывать поворот положительно-заряженного трансмембранного сегмента S4 в направлении наружу.
Этот поворот свою очередь обуславливает движение сегмента S6 вблизи внутриклеточного конца поры (не показано) и, как следствие, изменение конформации петли водной поры. В результате канал приобретает способность проводить специфический ион.

Инактивация К+-канала

К+-каналы
Свойства других участков значительно варьируют среди различных семейств К+-каналов.
Этот участок чувствителен к некоторым агентам, которые влияют на активность К+-канала:
- потенциал мембраны,
- внутриклеточный Са2+,
- фосфорилирование,
- активные субъединицы G-белков.
У некоторых из семейства KV-каналов внутриклеточная область N-терминали мобильна и взаимодействует с участком водной поры, когда канал открыт. Такое взаимодействие приводит к инактивации К+-тока (так называемая инактивация N-типа), которая функционально напоминает быструю инактивацию К+-тока А-типа (IA).

Модель бактериального К+-канала

Модель селективного фильтра К+-каналов
Описание - на след. странице

K+ specificity of the selectivity filter in a K+ channel. The drawing shows K+ and Na+ ions (A) in the vestibule and (B) in the selectivity filter of the pore viewed in cross section. In the vestibule the ions are hydrated. In the selectivity filter they have lost their water, and the carbonyl oxygens are placed precisely to accommodate a dehydrated K+ ion. The dehydration of the K+ ion requires energy, which is precisely balanced by the energy regained by the interaction of the ion with the carbonyl oxygens that serve as surrogate water molecules Because the Na+ ion is too small to interact with the oxygens, it can enter the selectivity filter only at a great energetic expense. The filter therefore selects K+ ions with high specificity. (Adapted from D.A. Doyle et al., Science 280:69-77,1998. With permission from AAAS.)
На след стр. свободный перевод.
Оригинальное описание селективного фильтра К+-каналов

Селективный фильтр К+-каналов
Уникальный и консервативный селективный фильтр представлен пятью кислотными остатками (-COO-), которые образуют кольцо из атомов кислорода их карбоксильных групп и формируют своеобразный «трафаретный кислородный каркас».
Этот каркас имитирует расположение молекул воды вокруг гидратированного иона К+. Из-за этого ион К+ легко проникает в селективный фильтр в результате диффузии в водном растворе.
Гидратированные ионы Na+ (хотя и меньшие по диаметру) имеют другое расположение молекул воды вокруг них и из-за этого не могут проникать в область селективного фильтра.

Энергетический профиль К-канала

Энергетический профиль К-канала

Na+-каналы
Впервые аминокислотная последовательность была определена у потенциал-зависимого Na+-канала пластинки электрического органа угря в 1980 г., а также была клонирована ДНК, кодирующая этот белок.
Типичный Na+-канал представляет собой белковую молекулу, включающую до 2000 аминокислот, с четырьмя доменами (I-IV), соединенными внутриклеточными петлями.
Каждый домен, состоящий из 300-400 аминокислотных остатков, имеет шесть гидрофобных трансмембранных участков (S1-S6).

Na+-каналы
Diagram of a voltage-sensitive sodium channel α-subunit.
G – glycosylation, P – phosphorylation, S – ion selectivity, I – inactivation, positive (+) charges in S4 are important for transmembrane voltage sensing.

β-субъединицы Na+-каналов
The channel purified from mammalian brain consists of the large α-subunit (260 kDa) with the pore, the β1- (36 kDa) and β2-subunits (33 kDa).
Идентифицировано 4 разновидности β-субъединиц - β1-β4

Функции β-субъединиц Na+-каналов
β-субъединицы регулируют инактивацию (усиливают ее и сокращают продолжительность Na+-токов, а также обеспечивают связь α-субъединицы с цитоскелетом.

Разнообразие Na+-каналов
У человека выделено девять разновидностей α-субъединицы с аминокислотной идентичностью > 50%

non-voltage-gated NaX

Na+-каналы
α-subunit of Nav1.2 with β1-subunit of neuronal and skeletal muscle channels increases the current density, accelerates inactivation, and shifts the steady-state inactivation curve in the hyperpolarizing direction (отмечено стрелкой).
Isom LL, De Jongh KS, Patton DE, Reber BFX, Offord J, Charbonneau H, Walsh K, Goldin AL, and Catterall WA.
Primary structure and functional expression of the β1 subunit of the rat brain sodium channel. Science 256: 839–842, 1992.

Na+-каналы
Домены Na+-канала располагаются кольцом вокруг поры ионного канала. Структура, формирующая ионую пору, располагается между 5-м и 6-м сегментами.
Сегмент S4 во всех четырех доменах несет положительно заряженный аргининовый или лизиновый остаток в каждой третьей позиции трансмембранного сегмента.
Предполагается, что эти особенности сегмента S4 обеспечивают чувствительность канала к потенциалу, так же как и у всех потенциал-зависимых ионных каналов.

Na+-каналы

Na+-каналы
Модель активации Na+-каналы

Селективность Na+-каналов
Селективность канала к ионам Na+ связывают с локализацией на внутримембранных петлях, формирующих в цилиндрической водной поре своеобразный квадратный сектор, двух отрицательно заряженных остатков глутамата.

Селективность Na+-каналов
Предполагается, что эти заряды связываются с гидратированным ионом Na+ и обеспечивают его дегидратацию, в результате чего ион проникает через селективный фильтр канала.

Инактивация Na+-каналов
Инактивация канала в общем виде происходит в результате проникновения некой части белковой молекулы (белковый «клубок») в открытый канал изнутри мембраны.
В молекуле Na+-канала этот белковый «клубок» располагается между доменами III и IV, и, таким образом, оказывается «привязанным» к каналу с двух сторон.
Эта модель подтверждена в экспериментах с мутагенными канальными белками, когда изменение аминокислотной последовательности в критической области (там, где «клубок») затрудняло инактивацию канала.

гуанидиновая группировка

At the binding site the positive charge of the ion is stabilized by a negatively charged amino acid residue on the channel wall and also by a water molecule that is attracted to a second polar amino acid residue on the other side of the channel wall. It is thought that a K+ ion, because of its larger diameter, cannot be stabilized as effectively by the negative charge and therefore will be excluded from the filter. (Modified from Hille 1984.)

Энергетический профиль Na+-канала

Токсины как инструмент исследования Na-каналов
1-4 – рецепторные участки канала связываются с разными токсинами

Токсины как инструмент исследования Na-каналов
1 – участок связывания с тетродотоксина и сакситоксина
Влияют на проводимость

Токсины как инструмент исследования Na-каналов
2 – участок связывания липофильных модификаторов воротной функции (батрахотоксин ВТХ)
Влияет на активацию

Токсины как инструмент исследования Na-каналов
3 – участок связывания пептидных токсинов скорпиона (α-ScTx) и актинии (ATX)
Влияют на инактивацию

Токсины как инструмент исследования Na-каналов
4 – участок связывания β- токсинов скорпиона
(β- ScTx)
Модифицируют активацию

Токсины как инструмент исследования Na-каналов

Токсины как инструмент исследования Na-каналов
(повтор, слайды из другой версии лекции)

Токсины как инструмент исследования Na-каналов

Высокопороговые Сa+-каналы
Структура α1-субъединицы Са2+-каналов сходна со структурой α1-субъединицы Na+-канала. Цитоплазматические петли, соединяющие четыре домена, структурно важны для их взаимодействия с β-субъединицами, вторичными посредниками, белками, связанными с мембраной и воротными механизмами.
Высокопороговые Са2+-каналы представляют собой мультимерические белковые комплексы, которые включают α1-субъединицу, ассоциированную с вспомогательными β-, α2-δ- и γ-субъединицами.

Высокопороговые Сa+-каналы
Совместная экспрессия α2-δ- или β- с α1-субъединицей обеспечивает должную кинетику и плотность тока.
Значение 8 изоформ γ-субъединицы пока еще неясно.
α2-δ-субъединица состоит из встроенного в мембрану δ-пептида и внеклеточного α2-пептида, соединенных дисульфидным мостиком.

Высокопороговые Сa+-каналы
В настоящее время выделено четыре гена, кодирующих 4 изоформы δ-пептида.
4 изоформы β-субъединицы локализованы исключительно в цитозоле. Они включают гидрофобный участок, который связывается с гуанилатциклазой, ассоциированной с мембраной.
Это подразумевает, что β-субъединицы могут интегрировать различные пути сигнализации в близости канала. β-субъединица характеризуется высокой афинностью к определенному участку доменов I и II у каналов N- и P/Q-типов.

Сa+-каналы
Методом клонирования Са2+-каналов выявлено 10 различных α1-субъединиц, близким по своим фармакологическим и биофизическим свойствам к эндогенным Са2+-каналам, выделенным в большинстве тканей.
Состав аминокислотных последовательностей демонстрирует строгую гомологию внутри каждого типа и значительную дивергенцию между различными типами Са2+-каналов.
Так, два класса, составляющие высоко- (HVA) и низкопороговые (LVA) Са2+-каналы, демонстрируют сходство аминокислотных последовательностей менее 30%.

Сa+-каналы
Структурная организация высоко- и низкопороговых Са2+-каналов.
Высокопороговые Са2+-каналы представляют собой мультимерические белковые комплексы, которые включают α1-субъединицу, ассоциированную с вспомогательными β-, α2-δ- и γ-субъединицами.
Низкопороговые Са2+-каналы представлены исключительно α1-субъединицей.

Селективность Сa+-каналов
Селективная проницаемость Са2+-каналов обеспечивается специализированной областью, содержащей кольцо отрицательных заряженных групп (остатков определенных аминокислот) внутри водной поры.
Химическая и пространственная конфигурация четырех отрицательных зарядов в петлях водной поры определяет некоторые вариации таких свойств каналов, как их селективность и специфичность блокаторов.
Низкопороговый Т-тип каналов имеет меньший размер водной поры, чем канал L-типа (5,1 против 6,2 Å). Такие различия, по-видимому, объясняют различную Са2+/Ва2+-селективность и блокирующую активность Cd2+ и Ni2+ у высоко- и низкопороговых каналов:
высокопороговые каналы больше проницаемы для Ва2+, чем для Са2+ и более чувствительны к блокатору Cd2+,
а низкопороговые каналы характеризуются одинаковой проницаемостью для Ва2+ и Са2+ и более чувствительны к блокатору Ni2+.

цАМФ (цГМФ)-зависимые катионные каналы
Активность этих каналов зависит от их связывания с циклическими нуклеотидами цАМФ и цГМФ. Они подразделяются на два семейства:
1) облигатно зависят от цАМФ (цГМФ),
2) активируются при гиперполяризации мембраны, а циклические нуклеотиды усиливают их активность, влияя таким образом на их потенциал-зависимые свойства. Поэтому собственно потенциал-зависимыми являются именно каналы второго семейства.
Эти каналы являются неселективными в отношении катионов и проводят Na+, K+ (с проницаемостью 1:4) и, в меньшей степени, Са2+.

цАМФ (цГМФ)-зависимые катионные каналы
Их молекулярная структура принципиально совпадает со структурой других потенциал-зависимых каналов.
Сегмент 4 у каналов, активирующихся при гиперполяризации (HCN, Hyperpolarization-activated Cyclic Nucleotide-gated), содержит достаточно положительных зарядов и является своеобразным сенсором потенциала. Механизм активации проводимости напоминает таковой, описанный у других потенциал-зависимых каналов.
CNBD - cyclic nucleotide-binding domain
Сегмент 4 у каналов, зависящих только от циклических нуклеотидов (CNG, Cyclic Nucleotide Gated), содержит недостаточно зарядов, и его активация слабо зависит от потенциала.

цАМФ (цГМФ)-зависимые катионные каналы
В канале, независимом от потенциала, связывание с циклическими нуклеотидами запускает последовательность аллостерических модуляций, что приводит к открытию ионпроводящей водной поры.

цАМФ (цГМФ)-зависимые катионные каналы
Канал, чувствительный к потенциалу, может активироваться при гиперполяризации, не связываясь с циклическими нуклеотидами. Однако при связывании с ними порог активации канала смещается в сторону деполяризации (до +15 мВ), облегчая таким образом потенциал-зависимую активацию (от гиперполяризации).
В отсутствие цАМФ цитоплазматическая С-терминаль затрудняет активацию канала, смещая порог в сторону гиперполяризации. Связывание цАМФ с С-терминалью снижает порог активации канала.

цАМФ (цГМФ)-зависимые катионные каналы
Обе разновидности этих каналов являются тетрамерами.
Катионные каналы, чувствительные в гиперполяризации, представляют собой молекулярный коррелят тока Ih.

Сl--каналы
В скелетных мышцах Cl--каналы (CLC-1, от англ., ChLoride Channels), открываясь при деполяризации саркоплазмы во время мышечного сокращения, пропускают ионы Cl- в саркоплазму, которые обеспечивают быструю реполяризацию мембраны.
Другие Cl--каналы (CLC-2) широко представлены в нервной системе и активируются скорее при гиперполяризации, чем при деполяризации мембраны, стабилизируя на мембране равновесный потенциал для ионов Cl-. Такая стабилизация имеет критическое значение, поскольку от этого зависит эффект (тормозный или возбудительный) ГАМК-эргических синаптические входов.
Таким образом, потенциал-зависимые Cl--каналы непосредственно не участвуют в механизмах генерации ПД, а лишь обеспечивают нормальное функциональное состояние мембраны.

CLC-1
Сl--каналы
В скелетных мышцах Cl--каналы (CLC-1, от англ., ChLoride Channels), открываясь при деполяризации саркоплазмы во время мышечного сокращения, пропускают ионы Cl- в саркоплазму, которые обеспечивают быструю реполяризацию мембраны.

Сl--каналы
Другие Cl--каналы (CLC-2) широко представлены в нервной системе и активируются скорее при гиперполяризации, чем при деполяризации мембраны, стабилизируя на мембране равновесный потенциал для ионов Cl-. Такая стабилизация имеет критическое значение, поскольку от этого зависит эффект (тормозный или возбудительный) ГАМК-эргических синаптические входов.