種類 カリウムチャネルには大きく分けて4つの種類がある。
以下の表は、主要なカリウムチャネルの分類と代表的な例を比較したものです（各分類に含まれるチャネルの完全なリストについては、それぞれの分類のページを参照してください）。
構造 カリウムイオン（紫色）が細孔（中央）を通って移動するカリウムチャネルを上から見た図。（PDB ：1BL8 カリウムチャネルは、4つの同一のタンパク質 サブ ユニットが結合して、中心のイオン伝導孔の周囲に配置された四回対称 （C4 ） 複合体（すなわち、ホモ四量体）を形成する四量体構造を持つ。あるいは、関連性はあるものの同一ではない4つのタンパク質サブユニットが結合して、擬似C4 対称性を持つヘテロ四量体複合体を形成することもある。すべてのカリウムチャネルサブユニットは、孔の上部を覆う特徴的な孔ループ構造を持ち、これがカリウム選択透過性を担っている。
カリウムチャネルのサブユニット をコードする哺乳類の 遺伝子は 80以上あります。しかし、分子構造の観点から見ると、細菌に見られるカリウムチャネルはイオンチャネルの中で最も研究されているものの一つです。X 線結晶構造解析 [ 55 ] [ 56 ] ナトリウム イオンがなぜ通過しないのかについて、深い洞察が得られています。[ 57 ] ノーベル化学賞は、この分野における先駆的な研究に対して ロッド・マッキノン に授与されました。[ 58 ]
選択性フィルター 細菌KcsAカリウムチャネル の結晶構造（PDB ：1K4C ） 。 [ 59 ] カリウムイオンチャネルは、選択性フィルターに入るとイオンから水和殻を取り除きます。選択性フィルターは、4つのサブユニットそれぞれに存在する、シグネチャー配列と呼ばれる5残基配列TVGYGによって形成されます。このシグネチャー配列は、ポアヘリックスとTM2/6の間のループ（従来Pループと呼ばれていた）内にあります。このシグネチャー配列は高度に保存されていますが、原核生物のカリウムチャネルのバリン残基が真核生物のチャネルではイソロイシン残基に置換されていることが多いという例外があります。この配列は、ネストタンパク質の構造モチーフ に構造的に類似した、独特の主鎖構造をとります。4組の電気陰性 カルボニル酸素原子 はフィルターポアの中心に向かって並び、各カリウム結合部位の周囲に水和殻に似た四角反角柱を形成します。選択性フィルターの結合部位におけるカルボニル酸素とカリウムイオン間の距離は、第一水和殻の水酸素と水溶液中のカリウムイオン間の距離と同じであり、イオンの脱溶媒和にエネルギー的に有利な経路を提供する。 しかし、ナトリウムイオンは小さすぎてカルボニル酸素原子間の空間を埋めることができない。したがって、ナトリウムイオンはカリウム選択性イオン孔を通過するよりも、細胞外空間の水分子と結合したままでいる方がエネルギー的に有利である。[ 60 ] 結合 とファンデルワールス力 によって維持されていると思われる。 [ 55 ] [ 61 ] KcsA の Gly79 ）の 4 つのカルボニル酸素を露出している。タンパク質の細胞外側に向かう次の残基は、負に帯電した Asp80 (KcsA) である。この残基は、5つのフィルター残基とともに、タンパク質の中心にある水で満たされた空洞と細胞外溶液をつなぐ孔を形成する。[ 62 ]
選択性メカニズム カリウムチャネルの選択性のメカニズムについては、依然として議論が続いている。カルボニル酸素は強い電気陰性度を持ち、陽イオンを引き付ける。フィルターは、細胞外側から順にS1からS4とラベル付けされた4つの部位にカリウムイオンを収容できる。さらに、SCと呼ばれる部位の空洞に1つのイオンが結合することも、S0またはSextと呼ばれる多かれ少なかれ明確に定義された部位の細胞外側に1つ以上のイオンが結合することもできる。これらの部位にはいくつかの異なる占有状態が可能である。しかし、X線構造は多数の分子の平均であるため、このような構造から実際の占有状態を直接推測することはできない。一般に、2つの隣接する部位がイオンによって占有されると、静電反発により何らかの不利益が生じる。選択性のメカニズムに関する提案は、分子動力学 シミュレーション[ 63 ] [ 64 ] [ 65 ] [ 66 ] [ 67 ] [ 68 ]に基づいて行われてきた。
KcsAにおけるイオン転座のメカニズムは、理論計算とシミュレーションによって広範囲に研究されてきた。[ 62 ] [ 69 ] 分子動力学 （MD）シミュレーションは、フィルターに出入りするイオンを反映する2つの細胞外状態S ext とS 0 もイオン伝導において重要な役割を果たすことを示唆している。
疎水性領域 この領域はカリウムイオンの周囲の環境を中和し、カリウムイオンが電荷に引き寄せられないようにする。その結果、反応速度が速まる。
中心空洞 膜貫通チャネルの中心付近には、幅10Åの中央細孔が存在する。この部分は、チャネル壁の疎水性のため、通過するイオンにとってエネルギー障壁 が最も高い位置にある。水で満たされた空洞と、細孔らせんの極性C末端は、イオンのエネルギー障壁を緩和する。先行する複数のカリウムイオンによる反発は、イオンの通過を促進すると考えられている。この空洞の存在は、K + イオンを水で満たされた高誘電率環境に保持することで、誘電障壁、すなわち低誘電率膜による反発を克服するチャネルのメカニズムの一つとして直感的に理解できる。
規制 カリウムチャネルの開閉状態をグラフィカルに表現した図（PDB ：1lnqPDB ： 1k4c ） 。2つの単純な細菌チャネルを示し、右側の「開いた」チャネル構造と左側の「閉じた」構造を比較している。上部はフィルター（カリウムイオンを選択）、下部はゲーティングドメイン（チャネルの開閉を制御）である。 カリウムチャネルの細孔を通るイオンの流れは、ゲーティング と不活性化と呼ばれる2つの関連するプロセスによって制御されます。ゲーティングとは、刺激に応じてチャネルが開閉することであり、不活性化とは、開いているカリウムチャネルからの電流が急速に停止し、チャネルが再び伝導する能力が抑制されることです。どちらのプロセスもチャネルのコンダクタンスを調節する役割を果たしますが、それぞれのプロセスは複数のメカニズムによって媒介される可能性があります。
一般的に、ゲーティングは、刺激を感知してチャネルの細孔を開く追加の構造ドメインによって媒介されると考えられています。これらのドメインには、BK チャネルの RCK ドメイン[ 70 ] [ 71 ] [ 72 ] および電圧依存性 K + チャネルの電圧センサー ドメインが含まれます。これらのドメインは、細孔ドメインの細胞内ゲートを物理的に開くことによって刺激に応答し、それによってカリウムイオンが膜を通過できるようにすると考えられています。一部のチャネルは、刺激に対する応答を調節する役割を果たすことができる複数の調節ドメインまたは補助タンパク質を持っています。メカニズムについては議論が続いているが、原核生物[ 73 ] [ 74 ] [ 75 ] [ 70 ] [ 71 ] [ 72 ] 76 ] [ 77 ]、および電圧依存性カリウムチャネル [ 78 ] [ 79 ]など、これらの調節ドメインのいくつかは構造 が 知られて いる
N型不活性化は一般的に不活性化のより速いメカニズムであり、「ボールアンドチェーン」モデル と呼ばれています。[ 80 ] + チャネルフィルターの構造モデルは多数ありますが、[ 81 ] [ 82 ] [ 83 ]
美術において ロデリック・マッキノンは 、KcsAカリウムチャネルをモチーフにした高さ5フィート（1.5 メートル）の彫刻作品 「アイデアの誕生」 を依頼した。 [ 99 ]
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