Direkt zum Inhalt

Lexikon der Neurowissenschaft: Natriumkanäle

Natriumkanäle [von ägypt. ntry über arab. natun = Lauge(nsalz)], Na+-Kanäle, Natriumionenkanäle, E sodium channels, Ionenkanäle, die überwiegend spannungsabhängig aktiviert werden und für Natrium permeabel sind ( siehe Tab. ). Bei einer Depolarisation der Membran erregbarer Zellen (Nervenzellen, Muskelzellen und neurosekretorische Zellen) kommt es zu einer vorübergehenden Kanalöffnung, bei der Na+-Ionen entlang ihres Konzentrationsgradienten in die Zelle einströmen (Membranpotential; siehe Abb. ). Sowohl die Aktivierung als auch die Inaktivierung erfolgt im Bereich weniger Millisekunden. Nach der Inaktivierung durchläuft ein Kanal eine Refraktärzeit, in der er nicht von neuem aktiviert werden kann: In dieser Zeit erfolgt ein Übergang vom inaktivierten in den geschlossenen Zustand (E closed state). Überschreitet die Depolarisation in diesen Zellen ein bestimmtes Schwellenpotential, kommt es zur Ausbildung eines Aktionspotentials, dessen Kinetik durch die Interaktion der Inaktivierung der Na+-Kanäle und Aktivierung spannungsabhängiger Kaliumkanäle bestimmt wird. Auch in nicht erregbaren Gliazellen (Astrocyten, Schwann-Zellen) wurden Na+-Kanäle beschrieben. – Na+-Kanäle sind einheitlich aus einer α- und zwei β-Untereinheiten aufgebaut. Auf der dem Extrazellulärraum zugewandten Kanalseite sowie in der Kanalpore befinden sich Glykosylierungsstellen. Die α-Untereinheit besteht aus einem Protein mit vier identischen Domänen (E internal repeats), die sich ringförmig zusammenlagern und eine Pore bilden. Jede dieser Domänen weist sechs α-helikale transmembranäre Abschnitte (TM) auf. Die Abschnitte zwischen TM 5 und 6 bilden die Innenwand der Kanalpore. Ein auf TM 4 lokalisierter Spannungssensor (E gating charge) reagiert auf Änderungen des elektrischen Feldes über der Zellmembran mit einer Konformationsänderung und initiiert so die Kanalöffnung. Der Aufbau der α-Untereinheit ist analog den spannungsabhängigen Calciumkanälen; spannungsabhängige Kaliumkanäle sind ebenfalls sehr ähnlich strukturiert. In Xenopus-Oocyten führt die alleinige Expression der α-Untereinheit zur Bildung funktionsfähiger Na+-Kanäle, deren Aktivierungs- und Inaktivierungskinetik jedoch stark verlangsamt und deren Einzelkanalleitfähigkeit um ca. 60% geringer ist als die normaler Kanäle. Erst eine Co-Expression mit der β1-Untereinheit führt zu einer Kinetik und Einzelkanalamplitude nativer Kanäle. Hierin scheint die Bedeutung der β1-Untereinheit zu liegen. Für die über Disulfid-Brücken kovalent gebundene β2-Untereinheit wird eine Rolle bei der Genese sowie bei Transport und Einbau der Na+-Kanäle in die Zellmembran postuliert. – Die Nomenklatur der beschriebenen Na+-Kanal-Typen ist bisher uneinheitlich. Neben den biophysikalischen und molekularbiologischen Eigenschaften bildet die Sensitivität für Tetrodotoxin (TTX, ein Gift aus dem japanischen Kugelfisch) ein Hauptunterscheidungskriterium. TTX-sensitive Na+-Kanäle werden bereits bei Konzentrationen unter 1 μmol/l blockiert, während TTX-resistente Na+-Kanäle erst bei deutlich höheren Konzentrationen inaktiviert werden. Daneben wurden auch spannungsunabhängige Na+-Kanäle beschrieben. Das bekannteste Beispiel ist der Amilorid-sensitive Na+-Kanal in Epithelzellen (epithelialer Natriumkanal). Na+-Kanäle bilden die Zielstruktur von Pharmaka (Anästhetika, Analgetika, Antiarrhythmika, Antiepileptika, Lokalanästhetika).

Natriumkanäle

spannungsabhängiger Na+-Kanal hauptsächliches Vorkommen TTX-Sensitivität
Rat I (Nav1.1) Zentralnervensystem (ZNS) hoch
Rat II (Nav1.2) ZNS hoch
Rat III (Nav1.3) ZNS hoch
SkM1/μ1 (Nav1.4) Skelettmuskel hoch
H1 (Nav1.5, SkM2) Herzmuskel gering
NaCh6 (Nav1.6) Nerven- und Gliazellen hoch
PN1 (Nav1.7) neuroendokrine und periphere Nervenzellen hoch
SNS (Nav1.8) Ganglien der Hinterwurzeln des Rückenmarks und des Trigeminus gering
SNS2 (Nav3.1) Ganglien der Hinterwurzeln des Rückenmarks und des Trigeminus gering



Natriumkanäle

Modell einesspannungsabhängigen Natriumkanals:
Der Kanal ist als transmembranäres Makromolekül, mit der wäßrigen Kanalpore in der Mitte, dargestellt. Die extrazelluläre Seite des Proteins ist glykosyliert. Über Ankerproteine ist der Kanal mit dem Zellskelett verbunden. Die Kanalpore ist über den größten Teil ihrer Ausdehnung weiter als der Natriumionendurchmesser, verengt sich aber in einem kurzen Abschnitt zum sogenannten Selektivitätsfilter (minimale Porenweite 0,3-0,5 nm). Die Weite des Filters sowie negativ geladene Gruppen in diesem Bereich bedingen die relative Selektivität für Na+. Öffnen und Schließen des Kanals (Gating) erfordern Konformationsänderungen der Pore, durch die eine Sperre (Gate) aus einer die Pore blockierenden Position wegbewegt wird. Die Bewegung dieser Sperre wird durch einen Spannungsfühler kontrolliert. Ändert sich das elektrische Feld der Zellmembran bei Depolarisationen, kommt es zur Verschiebung geladener Gruppen des Spannungssensors; die Sperre wird geöffnet, Na+-Ionen können den Kanal passieren.

  • Die Autoren
Redaktion

Dr. Hartwig Hanser, Waldkirch (Projektleitung)
Christine Scholtyssek (Assistenz)

Fachberater

Prof. Albert Ludolph, Ulm
Prof. Lothar Pickenhain, Leipzig
Prof. Heinrich Reichert, Basel
Prof. Manfred Spitzer, Ulm

Autoren

Aertsen, Prof., Ad, Freiburg
Aguzzi, Prof., Adriano, Zürich
Baier, Dr., Harmut, Ulm
Bartels, Prof., Mathias, Tübingen
Becker, Dr., Andreas, Marburg
Born, Prof., Jan, Lübeck
Brecht, Dr., Stephan, Kiel
Breer, Prof., Heinz, Stuttgart
Carenini, Dr., Stefano, Würzburg
Cruse, Prof., Holk, Bielefeld
Culmsee, Dr., Carsten, Marburg
Denzer, Dr., Alain, Waldenburg
Egert, Dr., Ulrich, Freiburg
Ehrenstein, Dr., Walter, Dortmund
Eurich, Dr., Christian , Bremen
Eysel, Prof., Ulf, Bochum
Fischbach, Prof., Karl-Friedrich, Freiburg
Frey, Dunja, Basel
Fuhr, Dr., Peter, Basel
Greenlee, Prof., Marc, Oldenburg
Hartmann, Beate, Basel
Heck, Dr., Detlef, Freiburg
Heller, Prof., Kurt, München
Henkel , Dr., Rolf , Bremen
Herdegen, Prof., Thomas, Kiel
Herrmann, Dr., Gudrun, Bern
Hilbig, Dr., Heidegard, Leipzig
Hirth, Dr., Frank, Basel
Huber, Dr., Gerhard, Zürich
Hund, Martin, Basel
Illing, Dr., Robert Benjamin, Freiburg
Käch, Dr., Stefanie, Basel
Kästler, Dr., Hans, Ulm
Kaiser, Dr., Reinhard, Freiburg
Kaluza, Jan, Stuttgart
Kapfhammer, Dr., Josef P., Freiburg
Kestler, Dr., Hans, Ulm
Kittmann, Dr., Rolf, Freiburg
Klix, Prof., Friedhart , Berlin
Klonk, Dr., Sabine, Stuttgart
Klumpp, Prof., Susanne, Marburg
Kössl, Dr., Manfred, München
Köster, Dr., Bernd, Freiburg
Kraetschmar, Dr., Gerhard, Ulm
Krieglstein, Prof., Josef, Marburg
Krieglstein, Prof., Kerstin, Homburg
Kuschinsky, Prof., Wolfgang, Heidelberg
Lahrtz, Stephanie, Hamburg
Landgraf, Dr., Uta, Stegen
Laux, Thorsten, Basel
Lindemann, Prof., Bernd, Homburg
Löffler, Dr., Sabine, Leipzig
Ludolph, Prof., Albert, Ulm
Malessa, Dr., Rolf, Weimar
Marksitzer, Dr., Rene, Luzern
Martin, Dr., Peter, Kehl-Kork
Martini, Prof., Rudolf, Würzburg
Medicus, Dr., Gerhard, Thaur
Mehraein, Dr., Susan, Freiburg
Meier, Dr., Kirstin, Freiburg
Mendelowitsch, Dr., Aminadav, Basel
Mergner, Prof., Thomas, Freiburg
Metzinger, Dr., Thomas, Frankfurt am Main
Mielke, Dr., Kirsten, Kiel
Misgeld, Prof., Ulrich, Heidelberg
Moll, Joachim, Basel
Münte, Prof., Thomas, Magdeburg
Neumann, Dr., Harald, Planegg-Martinsried
Nitsch, Prof., Cordula, Basel
Oehler, Prof., Jochen, Dresden
Otten, Prof., Uwe, Basel
Palm, Prof., Günther, Ulm
Pawelzik, Prof., Klaus, Bremen
Pickenhain, Prof., Lothar, Leipzig
Ravati, Alexander, Marburg
Reichel, Dr., Dirk, Lübeck
Reichert, Prof., Heinrich, Basel
Reinhard, Dr., Eva, Bern
Rieckmann, Dr., Peter, Würzburg
Riemann, Prof., Dieter, Freiburg
Ritter, Prof., Helge, Bielefeld
Roth, Prof., Gerhard , Bremen
Roth, Lukas W.A., Bern
Rotter, Dr., Stefan, Freiburg
Rubin, Dr., Beatrix, Basel
Ruth, Dr., Peter, Giessen
Schaller, Dr., Bernhard, Basel
Schedlowski, Prof., Manfred, Essen
Schneider, Dr., Werner X., München
Scholtyssek, Christine, Umkirch
Schwegler, Prof., Helmut , Bremen
Schwenker, Dr., Friedhelm, Ulm
Singer, Prof., Wolf, Frankfurt am Main
Spiegel, Dr., Roland, Zürich
Spitzer, Prof., Manfred, Ulm
Steck, Prof., Andreas, Basel
Steinlechner, Prof., Stephan, Hannover
Stephan, Dr., Achim, Rüsselsheim
Stoeckli, Dr., Esther, Basel
Stürzel, Frank, Freiburg
Swandulla, Prof., Dieter, Erlangen
Tolnay, Dr., Markus, Basel
Unsicker, Prof., Klaus, Heidelberg
Vaas, Rüdiger, Bietigheim-Bissingen
van Velthoven-Wurster, Dr., Vera, Freiburg
Walter, Dr., Henrik, Ulm
Wicht, Dr., Helmut, Frankfurt
Wolf, Prof., Gerald, Magdeburg
Wullimann, Prof., Mario, Bremen
Zeilhofer, Dr., Hans-Ulrich, Erlangen
Zimmermann, Prof., Manfred, Heidelberg

Schreiben Sie uns!

Wenn Sie inhaltliche Anmerkungen zu diesem Artikel haben, können Sie die Redaktion per E-Mail informieren. Wir lesen Ihre Zuschrift, bitten jedoch um Verständnis, dass wir nicht jede beantworten können.

Partnerinhalte

Bitte erlauben Sie Javascript, um die volle Funktionalität von Spektrum.de zu erhalten.