KcsA csatorna: szerkezet
ez a cikk a KCSA-ra összpontosít, a Streptomyces lividans káliumcsatornájára, amely két domént tartalmaz. Az első a transzmembrán rész, amely 120 maradékot tartalmaz. Ezt az alábbiakban részletesen tárgyaljuk. A második domén egy citoplazmatikus domén, amely körülbelül 40 maradékot tartalmaz. A citoplazmatikus domén hozzájárul a zárt állapot stabilitásához. Ez arra a következtetésre jutott adatok alapján, amely azt mutatja, hogy csökken a hatékonysága a csatorna hajtogatás és összeszerelés és a termikus stabilitás, hogy befolyásolja, amikor a citoplazmatikus domén eltávolítjuk a kristály szerkezetét.5 amint az a 2. ábrán látható, a vízzel töltött C-terminális citoplazmatikus domén 4-hélix kötegszerkezet, amely lineárisan kiterjed a citoplazma felé.5-6 kimutatták elektron paramágneses rezonancia, EPR, az Uysal által előállított adatok, hogy a C-terminálnak van egy nyúlványa, amely kidudorodik, ahol a C-terminális domén megfelel a transzmembrán doménnek.5 Ez a hélixszakasz, amely összeköti a kettőt, nagyobb fokú rugalmassággal rendelkezik, mint a többi rész, amelyek potenciálisan szerepet játszanak a csatorna megnyitása során.5 még sok kutatást kell végezni a C-terminál tartomány funkcionalitásának teljes megértéséhez. A domén javasolt funkciója az, hogy receptorként szolgálhat egy azonosítatlan plazmaaktivátor fehérje vagy ligandum számára, de mások azzal érvelnek, hogy nincs jelentős hatása az ion permeációs útjára. A szerkezet még nem tartalmazza az oldalláncok orientációját, de a hélixek elrendezése elektrosztatikus kölcsönhatásokra utal az alegységben.6 a 3. ábra bemutatja, hogy a citoplazmatikus domén hogyan viszonyul egy nyitott csatorna vs. zárt csatorna két baktériumcsatornával.7 a papír többi része arra a transzmembrán doménre összpontosít, amely kiválasztja a káliumot.
3. ábra. A transzmembrán domén. Minden alegység különböző színű, a káliumionok lila színűek. PDB 1BL8.
a káliumionok szelektivitása nagymértékben függ a káliumcsatorna szelektivitási szűrő szerkezetétől. A csatorna koordinációs környezete szelektív ligandumokkal rendelkezik, amelyek specifikusan a káliumionokhoz kötődnek.8 a káliumcsatorna fehérje egy tetramer, amely négy azonos alegységet tartalmaz, amelyek központi pórust alkotnak.8-9 az ionok egy olyan pórusba áramlanak, amely kinyílik és bezárul, és az ionokat a központi üregbe irányítja. Az alegységek két alfa-spirált tartalmaznak, ahol az egyik a központi pórus, a belső spirál, a másik pedig a lipidmembrán, más néven a külső spirál felé néz.3 a belső és a külső hélixekkel együtt Minden alegység tartalmaz egy pórus hélixet.3,8 az alegységeket a 3. ábrán látható módon megdöntjük, ahol a szelektivitási szűrő a membrán extracelluláris felületének közelében van. A négy belső spirál úgy van felépítve, hogy az intracelluláris felület közelében összeálljanak. Mind az intracelluláris, mind az extracelluláris bejáratokat negatívan töltik a savas aminosavak. Ez lehetővé teszi a kationok nagyobb koncentrációját a membrán közelében, kevesebb aniont pedig az ellentétes töltések miatt.8
4. ábra. Káliumcsatorna (KCSA szerkezet a Streptomyces lividans-ból), kulcsfontosságú szerkezeti komponensekkel jelölve. A legfontosabb szempontok a pórus, üreg és szelektivitási szűrő (SF). Ezek a csatorna azon részei, ahol a káliumionok áthaladnak. Először is, az ion átáramlik a póruson, és belép az üregbe hidratált amikor a pórus nyitva van. Ezután a kálium-iont dehidratálják, és kiválasztják, hogy áthaladjon az SF-en, ahol belép a sejtbe. Vegye figyelembe, hogy csak két alegység jelenik meg ezen a képen a könnyebb megjelenítés érdekében. PBD 1K4C.
a pórusrégiót először a pórusokat blokkoló Skorpió toxinokkal azonosították. Ezek kölcsönhatásba lépnek az aminosavakkal a pórus bejáratánál, ami blokkolást és diszfunkciót okoz. A pórus az, ahol a káliumion belép, ahol aztán átkerül a központi üregbe, amint az A 4.ábrán látható. Ez idő alatt a káliumion hidratált marad.8. az intracelluláris pórus a csatorna jellemzője, amely lehetővé teszi a káliumionok bejutását a sejtbe, amikor nyitva van, vagy zárva van. A csatornák akkor nyílnak meg, amikor megváltozik a membránpotenciál, lehetővé téve a káliumionok beáramlását az üregszűrőbe. Miután szelektív kötés következik be a szelektivitási szűrőben, a potenciál átesik a membránon, így bezárva a pórust.1 a pórusok és az üreg hidrofóbikusan vannak bélelve, lehetővé téve az elektrosztatikus gát csökkentését. Alacsonyabb elektrosztatikus gátnak kell lennie, így a kiszáradás energetikai költségeit kompenzálják az ionáteresztés nagy energiagátja (dielektromos gát) miatt. Így a vízzel töltött üreg energetikailag kedvező környezetet tesz lehetővé.3,8,10,11
5. ábra. A káliumionok (lila) specifikus ligandumokhoz való kötődése a THR 75, Val 76, Gly 77 és Tyr 78 o gerincén keresztül. A teljes koordináció itt nem látható a könnyebb megjelenítés érdekében. Reprodukálva a Samsom-tól.11
ezután az ionokat be kell választani a szelektivitási szűrőbe (SF), amely az aminosavakhoz tartozó poláris fő láncatomokkal van bélelve. Az SF olyan keskeny, hogy az ionokat először dehidratálni kell, mielőtt belépnének. Az SF-nek két alapvető jellemzője van. Először is, a fő láncatomok megfelelő méreteket hoznak létre a dehidratált káliumion összehangolására egymásra rakással, így szekvenciális oxigéngyűrűket hoznak létre. Ez nagyon kis távolságot hoz létre, amelyet a káliumionnak meg kell haladnia, hogy elérje az egyes helyeket, miközben áthalad a szűrőn. Ez négy köbös nyolcszoros koordinációs hely sorozatát képezi, amint az a 6.ábrán látható.3,8 ezeket a helyeket bármikor két K+ ion és két vízmolekula foglalja el váltakozó sorrendben a második jellemző az SF körüli fehérjecsomagolás, amely a T-V-G-Y-G szekvenciáját követi, az 5.9.ábrán látható vezetés akkor fordulhat elő, amikor két káliumion belép az SF-be, egyensúlyt okozva az SF-től az ionig fellépő vonzó erő között a két káliumion között fellépő visszataszító erővel.8 Ez a taszítás segít a káliumionoknak legyőzni annak belső affinitását, hogy szorosan kötődjenek a kötőhelyekhez.3 a kiválasztási mechanizmus további megvitatását az alábbiakban tárgyaljuk.
6. ábra. Egy példa egy káliumionra (lila) nyolcszoros koordinációs helyen. A könnyebb megjelenítés érdekében számozott kötés.