In jeder lebenden Zelle, von frei lebenden Bakteriums Neuronen im menschlichen Gehirn, hoch spezialisierten kleinen Kanälen, bekannt als Kalium (K ) – Kanäle, sind dafür verantwortlich, unvergleichlichen, selektiven und extrem schnellen transport von K -Ionen durch die Zellmembran. Dieses einzigartige transport-Mechanismus der K -Ionen definiert, die korrekte funktionale Verhalten jeder lebenden Zelle, und durch die Erweiterung, effektiv kontrolliert eine große Vielzahl von sehr komplexen Prozessen wie die normale elektrische Aktivität von Nervenzellen im Gehirn, das rhythmische schlagen des menschlichen Herzens und die normale Abwehrreaktion des menschlichen Körpers gegen lebensbedrohliche Krankheitserreger.
„Verständnis auf atomarer Ebene, wird der Prozess genutzt, indem der K -Kanäle zu katalysieren, die hoch selektiv und sehr schnellen transport von K -Ionen durch die Zellmembran hat aufgereizt haben Biophysiker mehr als fünf Jahrzehnten ist und bleibt einer der umstrittensten Bereiche der Forschung,“ Texas Tech University Health Sciences Center (TTUHSC) Associate Professor Luis Cuello, Ph. D., sagte.
Cuello und seinem team von TTUHSC der Abteilung für Zell-Physiologie und Molekulare Biophysik vor kurzem eine Studie, in der Sie versucht zu erfassen, in atomarer Auflösung ein Bild/Schnappschuss von einer der zwei Ionen-gebunden-Konfiguration, die scheinen zu koexistieren, innerhalb der Selektivität der filter von K -Kanal. Die Ergebnisse aus der Studie „Struktur, Funktion und Ionen-Bindung Eigenschaften eines K -Kanal stabilisiert im 2,4-Ionen gebunden Konfiguration“ veröffentlicht wurden, im Aug. 5 Ausgabe der Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). Die Veröffentlichung ist eine der weltweit am häufigsten zitierten multidisziplinären wissenschaftlichen Schriftenreihen, die Verbreitung von cutting-edge-Forschung über den biologischen, physikalischen und sozialen Wissenschaften.
Cuello sagte, zwei sehr verschiedene konkurrierende mechanistische Modelle haben versucht zu erklären, wie K -Kanäle erreichen solche sehr selektiven K -Ionen-transport-rate. Die erste, die eine so genannte kanonische Modell setzte sich im Jahr 2001 von Nobelpreisträger Roderick Mackinnon, M. D., schlägt vor, dass die Wasser-und K -Ionen durchqueren die Zellmembran in einer einzigen Datei und Alternative Art und Weise. Mackinnon Modell schlägt auch vor, dass die region des Kanals, bindet die K -Ionen-und vier Ionen in insgesamt — kann es in zwei alternierenden Ionen-gebundene Konfigurationen: 1,3 (d.h., K-W-K-W) und die 2,4-Ionen (d.h., W-K-W-K) – Konfigurationen.
Jedoch, Cuello, sagt Bert de Groot, Ph. D., streckte ein Modell im Jahr 2014, bekannt als der direkte knock-on-Mechanismus, die Herausforderungen, die von Mackinnon. Die de-Groot-Modell sieht vor, dass die vier K -Ionen innerhalb des Kanals Selektivität filter stellen den direkten Kontakt zu einander, während über die Zellmembran bewegt sich in eine einzige Datei ohne Umwege über Wasser.
„Dieses Thema hat die Forschung wieder aufgetaucht, als höchst umstritten und erfordert weitere Aufmerksamkeit von einem frischen und anderen Blickwinkel,“ Cuello erklärt. „Wir haben uns deshalb näherte sich dieses problem durch die Konstruktion einer Mutante Kanal, könnte isolieren, selektiv eine der vorgeschlagenen Ionen-gebunden-Konfigurationen“, die uns in einer einzigartigen position, um eine solide Antwort auf eine schon lange bestehende Frage.“
Cuello sagte, sein Labor hat eine solide experimentelle demonstration zu Gunsten von Mackinnon das kanonische Modell durch die Konstruktion einer Mutante Kanal, die selektiv isoliert die 2,4-Ionen gebunden Konfiguration der Selektivität filter der K -Kanal. Dies bot die Cuello-lab mit einem Aussichtspunkt zu entwickeln, die eine strukturelle Momentaufnahme, die zeigt, die Existenz eines der beiden Ionen-gebundene Konfigurationen vorgeschlagen, die durch das kanonische Modell.
Cuello die Hypothese aufgestellt, dass, wenn die vier beobachteten K -Ionen an einer K -Kanal-Selektivität filter ist das Ergebnis der Koexistenz von zwei gleichermaßen auftretenden abwechselnd Ionen-gebunden-Konfigurationen (d.h., 1,3 und 2,4), dann sollte es möglich sein, ein Ingenieur-Kanal-Mutanten, dass wird, beeinflussen das Gleichgewicht zwischen den beiden Konfigurationen und gezielt isolieren einer von Ihnen.
„Wir haben entschieden, die Kristallstruktur von zwei mutierten Kalium-Kanäle — KcsA-G77A und G77C -, dass genau das bewiesen unsere Hypothese und erlaubt uns, ein Bild mit atomarer Auflösung, zum ersten mal überhaupt, der 2,4-Ionen gebunden Konfiguration des K -Kanal-Selektivität filter,“ Cuello sagte. „Wir schlagen vor, dass unsere experimentellen Ergebnisse belegen, dass die K -Ionen bewegen sich in einer einzigen Datei, mit dazwischen liegenden Wasser-Moleküle, so, wie es ursprünglich vorgeschlagen von Dr. Mackinnon im Jahr 2001.“
Cuello gutgeschrieben eine kleine Gruppe von Wissenschaftlern aus TTUHSC Center for Membrane Protein Research und seine Abteilung für Zell-Physiologie und Molekulare Biophysik Kollegen für das arbeiten mit ihm zur Vervollständigung der veröffentlichten Forschung.
„Tscholpon Tilegenova, ein Ph. D.-student in meinem Labor, war der führende Autor, in diesem research-Artikel, denn Sie erzeugt die sehr hohe Auflösung, Kristall-Strukturen der G77 mutierten Kanäle als Teil Ihrer Ph. D. dissertation,“ Cuello sagte. „Darüber hinaus ist diese Arbeit wäre nicht möglich ohne die wertvolle Beteiligung der Marien-Cortes, Nermina Jahovic, Emily Hardy, Parameswaran Hariharan und mein Kollege, Dr. Lan Guan, die sehr hart gearbeitet, in der funktionale und thermodynamische Charakterisierung dieser Mutanten-Kanäle. Schließlich würde ich gerne wissen Dr. Alain Labro, Dr. Luis Reuss und Dr. Guillermo Altenberg für Ihre wertvollen Ratschläge und kritischen Denkens, das während der Ausführung dieses Projektes.“