KcsA Kanálu: Struktura
Tento dokument se bude soustředit na KcsA, draslík kanál ze Streptomyces lividans, který obsahuje dvě domény. První je transmembránová část, která obsahuje 120 zbytků. To bude podrobně popsáno níže. Druhá doména je cytoplazmatická doména, která obsahuje asi 40 zbytků. Cytoplazmatická doména přispívá ke stabilitě uzavřeného stavu. To je závěr na základě dat, která ukazuje pokles účinnosti kanál skládání a montáž a tepelnou stabilitu je vliv, když cytoplazmatická doména je odstraněna z krystalové struktury.5 Jak je vidět na obrázku 2, vodou naplněná C-terminální cytoplazmatická doména je struktura svazku 4-šroubovice, která se lineárně rozprostírá směrem k cytoplazmě.5-6 bylo prokázáno, Že pomocí elektronové paramagnetické rezonance, EPR, data produkován Uysal, že C-terminální má úsek, že boule ven, kde C-terminální domény splňuje transmembránové domény.5 Tento úsek šroubovice, který spojuje obě, má vyšší stupeň pružnosti než ostatní části, které potenciálně hrají roli při otevírání kanálu.5 stále existuje mnoho výzkumů, které je třeba provést, aby bylo možné plně porozumět funkčnosti domény C-terminálu. Navrhované funkce domény je, že to může sloužit jako receptor pro neidentifikovaný plazmatická activator protein nebo ligand, ale jiní tvrdí, že neexistuje žádný významný vliv na pronikání cestu pro ion. Struktura neobsahuje dosud orientaci jakýchkoliv vedlejších řetězců, ale uspořádání šroubovice naznačují, elektrostatické interakce v podjednotku.6 obrázek 3 ukazuje, jak cytoplazmatická doména porovnává mezi otevřeným kanálem vs. uzavřeným kanálem se dvěma bakteriálními kanály.7 zbytek příspěvku se zaměří na transmembránovou doménu, která vybírá draslík.
obrázek 3. Transmembránová doména. Každá podjednotka je zbarvena odlišně a ionty draslíku jsou fialové. PDB 1BL8.
selektivita pro draselné ionty silně závisí na struktuře filtru selektivity draselného kanálu. Koordinační prostředí kanálu má selektivní ligandy, které se specificky vážou na ionty draslíku.8 protein draselného kanálu je tetramer, který obsahuje čtyři identické podjednotky, které tvoří centrální pór.8-9 ionty proudí do pórů, které se otevírají a zavírají a směřují ionty do centrální dutiny. Podjednotky obsahují dvě alfa šroubovice, kde jedna směřuje k centrálnímu póru, vnitřní šroubovice, a jedna směřuje k lipidové membráně, jinak známé jako vnější šroubovice.3 spolu s vnitřní a vnější šroubovice obsahuje každá podjednotka šroubovice pórů.3,8 podjednotky jsou nakloněny, jak je vidět na obrázku 3, kde selektivní filtr je blízko extracelulárního povrchu membrány. Čtyři vnitřní šroubovice jsou strukturovány tak, aby se spojily v blízkosti intracelulárního povrchu. Oba intra-a extracelulární vchody jsou negativně nabity kyselými aminokyselinami. To umožňuje vyšší koncentraci kationtů v blízkosti membrány a méně aniontů kvůli protichůdným nábojům.8
obrázek 4. Draselný kanál (struktura KCSA od Streptomyces lividans) s označenými klíčovými konstrukčními prvky. Hlavní aspekty, které je třeba poznamenat, jsou filtr pórů, dutin a selektivity (SF). Jedná se o části kanálu, kde procházejí ionty draslíku. Nejprve ion protéká pórem a vstupuje do dutiny hydratované, když je pór otevřený. Poté je draselný iont dehydratován a vybrán tak, aby cestoval SF, kde poté vstoupí do buňky. Všimněte si, že na tomto obrázku jsou zobrazeny pouze dvě podjednotky pro snadnější vizualizaci. PBD 1K4C.
oblast pórů byla poprvé identifikována s toxiny Štíra blokujícími póry. Interagují s aminokyselinami u vchodu do pórů, což způsobuje blokování a dysfunkci. Pór je místo, kde vstupuje draselný iont, kde se pak přenáší do centrální dutiny, jak je vidět na obrázku 4. Během této doby zůstává draselný ion hydratovaný.8 intracelulární pór je vlastnost kanálu, která umožňuje iontům draslíku vstoupit do buňky, když je otevřená, nebo může být blokována ve vstupu, když je uzavřena. Kanály se otevírají, když dochází ke změně membránového potenciálu, což umožňuje příliv iontů draslíku do dutinového filtru. Jakmile dojde k selektivní vazbě ve filtru selektivity, potenciál klesá přes membránu, čímž se uzavře pór.1 pór a dutina jsou hydrofobně lemovány, což umožňuje snížit elektrostatickou bariéru. Musí existovat nižší elektrostatická bariéra, takže energetické náklady na dehydrataci jsou kompenzovány díky velké energetické bariéře pro iontovou permeaci (dielektrická bariéra). Dutina naplněná vodou tak umožňuje energeticky příznivé prostředí.3,8,10,11
obrázek 5. Vazba iontů draslíku (Fialová) na specifické ligandy páteřními O thr 75, Val 76, gly 77 a Tyr 78. Úplná koordinace zde není zobrazena pro snadnější vizualizaci. Reprodukováno od Samsomu.11
dále je třeba ionty vybrat do selektivního filtru (SF), který je lemován atomy polárního hlavního řetězce, které patří k aminokyselinám. SF je tak úzký, že ionty musí být před vstupem do něj nejprve dehydratovány. V SF jsou dvě základní funkce. Nejprve atomy hlavního řetězce vytvářejí vhodné rozměry pro koordinaci dehydratovaného draselného iontu stohováním, čímž vytvářejí sekvenční kyslíkové kroužky. To vytváří velmi malou vzdálenost, kterou musí iont draslíku cestovat, aby dosáhl každého místa při cestování filtrem. To tvoří sekvenci čtyř kubických osminásobných koordinačních míst, jak je vidět na obrázku 6.3,8 kdykoliv, tyto stránky jsou obsazeny dva K+ ionty a dvě molekuly vody ve střídavém pořadí druhým rysem je protein balení kolem SF, který následuje sekvence T-V-G-Y-G, je znázorněno na Obrázku 5.9 Vedení pak může nastat, když se dva ionty draslíku zadejte SF, což způsobuje rovnováhu mezi přitažlivou silou, která se vyskytuje od SF ion s odpudivou sílu, která se vyskytuje mezi dvěma ionty draslíku.8 Toto odpuzování pomáhá iontům draslíku překonat jeho vnitřní afinitu k těsné vazbě na vazebná místa.3 další diskuse o mechanismu výběru bude popsána níže.
obrázek 6. Jeden příklad draselného iontu (fialového) v osminásobném koordinačním místě. Vazba číslovaná pro snadnější vizualizaci.