KCSA kanaal: structuur
dit artikel zal zich richten op KcsA, een kaliumkanaal van Streptomyces lividans, dat twee domeinen bevat. De eerste is het transmembraangedeelte, dat 120 residuen bevat. Dit zal hieronder in detail worden besproken. Het tweede domein is een cytoplasmatisch domein dat ongeveer 40 residuen bevat. Het cytoplasmische domein draagt bij aan de stabiliteit van de gesloten toestand. Dit wordt geconcludeerd gebaseerd op gegevens die een daling van efficiency van kanaal het vouwen en assemblage en thermische stabiliteit tonen beà nvloeden wanneer het cytoplasmic domein van de kristalstructuur wordt verwijderd.5 Zoals Gezien In figuur 2, is het met water gevulde C-terminale cytoplasmic domein 4-helixbundel structuur die lineair naar het cytoplasma uitbreidt.5-6 het is aangetoond door elektron paramagnetische resonantie, EPR, gegevens geproduceerd door Uysal, dat de C-terminal een rek heeft die uitsteekt waar het C-terminal domein het transmembrane domein ontmoet.5 Dit stuk helix dat de twee verbindt heeft een hogere mate van flexibiliteit dan de andere delen die mogelijk een rol spelen tijdens de opening van het kanaal.5 Er is nog veel onderzoek nodig om de functionaliteit van het C-terminal domein volledig te begrijpen. Een voorgestelde functie van het domein is dat het als receptor voor een niet geà dentificeerde plasmic activatorproteã ne of ligand kan dienen, maar anderen beargumenteren dat er geen significant effect op de permeatieweg voor het ion is. De structuur bevat nog geen oriëntatie van om het even welke zijketens, maar de rangschikking van de helices stelt elektrostatische interactie in de subeenheid voor.6 figuur 3, demonstreert hoe het cytoplasmic domein tussen een open kanaal versus een gesloten kanaal met twee bacteriekanalen vergelijkt.7 de rest van het papier zal zich richten op het transmembraandomein dat kiest voor kalium.
Figuur 3. Het transmembraandomein. Elke subeenheid is anders gekleurd en de kaliumionen zijn paars. VOB 1BL8.
de selectiviteit voor kaliumionen is sterk afhankelijk van de structuur van het kaliumkanaalselectiefilter. De coördinatieomgeving van het kanaal heeft selectieve liganden die specifiek binden aan kaliumionen.8 het kaliumkanaalproteïne is een tetrameer, dat vier identieke subeenheden bevat die een centrale porie vormen.8-9 de ionen stromen in een porie die opent en sluit, die de ionen naar de centrale holte leidt. De subeenheden bevatten twee alpha-helices waar men de centrale porie, binnen helix onder ogen ziet, en één het lipidemembraan onder ogen ziet, ook bekend als de buiten helix.3 samen met de binnen-en buitenschroeven bevat elke subeenheid een poriënschroefsel.3,8 de subeenheden worden gekanteld, zoals te zien in Figuur 3, waar de selectiviteitsfilter dichtbij de extracellulaire oppervlakte van het membraan is. De vier binnenste helices zijn gestructureerd op een manier waar ze samenkomen in de buurt van het intracellulaire oppervlak. Zowel de intra-als extracellulaire ingangen zijn negatief geladen door zure aminozuren. Dit staat voor een hogere concentratie van kationen dichtbij het membraan en minder anionen toe wegens de tegengestelde lasten.8
Figuur 4. Kaliumkanaal (KCSA structuur van Streptomyces lividans) met belangrijke structurele componenten gelabeld. De belangrijkste aspecten op te merken zijn de porie, holte, en selectiviteit filter (SF). Dit zijn de delen van het kanaal waar kaliumionen doorheen reizen. Eerst stroomt het ion door de porie en komt gehydrateerd de holte binnen wanneer de porie open is. Dan wordt een kaliumion gedehydrateerd en geselecteerd om door de SF te reizen waar het dan de cel zal ingaan. Merk op dat slechts twee subeenheden worden weergegeven in deze afbeelding voor een gemakkelijkere visualisatie. PBD 1K4C.
het poriegebied werd voor het eerst geïdentificeerd met porieblokkerende schorpioentoxinen. Zij interageren met aminozuren bij de ingang van de porie veroorzakend blokkering en dysfunctie. De porie is waar het kaliumion binnenkomt, waar het vervolgens wordt overgebracht naar de centrale holte, zoals te zien in Figuur 4. Gedurende deze tijd blijft het kaliumion gehydrateerd.8 de intracellulaire porie is de eigenschap van het kanaal dat kaliumionen toestaat om de cel in te gaan wanneer het open is, of worden geblokkeerd van het ingaan wanneer gesloten. De kanalen openen wanneer er een verandering in membraanpotentiaal, waardoor een instroom van kaliumionen in de holtefilter. Zodra de selectieve band in de selectiviteitsfilter voorkomt, daalt de potentiële over het membraan, waarbij de porie wordt gesloten.1 de porie en de holte zijn hydrofoob bekleed, waardoor de mogelijkheid om de elektrostatische barrière te verlagen. Er moet een lagere elektrostatische barrière zijn, zodat de energetische kosten van uitdroging worden gecompenseerd door de grote energiebarrière voor ionenpermeatie (diëlektrische barrière). Zo zorgt de met water gevulde holte voor een energetisch gunstige omgeving.3,8,10,11
Figuur 5. Binding van kaliumionen (paars) aan specifieke liganden door de backbone O ‘ s van Thr 75, Val 76, Gly 77 en Tyr 78. De volledige coördinatie wordt hier niet getoond voor een gemakkelijkere visualisatie. Gereproduceerd van Samsom.11
vervolgens moeten de ionen worden geselecteerd in het selectiviteitsfilter (SF), dat is bekleed met polaire hoofdketenatomen die tot aminozuren behoren. De SF is zo smal dat de ionen eerst moeten worden uitgedroogd voordat ze erin gaan. Er zijn twee essentiële functies in de SF. Ten eerste, de belangrijkste keten atomen creëren geschikte afmetingen voor het coördineren van een gedehydrateerde kalium-ion door stapelen, waardoor sequentiële zuurstof ringen. Dit creëert een zeer kleine afstand dat het kaliumion moet reizen om elke plaats te bereiken tijdens het reizen door het filter. Dit vormt een opeenvolging van vier kubieke achtvoudige coördinatielocaties, zoals te zien is in Figuur 6.3,8 op elk moment worden deze locaties bezet door twee K+-ionen en twee watermoleculen in een afwisselende sequentie de tweede eigenschap is de eiwitverpakking rond de SF, die een opeenvolging van T-V-G-Y-G volgt, getoond in Figuur 5.9 geleiding kan dan optreden wanneer twee kaliumionen de SF binnenkomen, waardoor een evenwicht ontstaat tussen de aantrekkende kracht die optreedt van de SF tot het ion met de afstotende kracht die optreedt tussen de twee kaliumionen.8 Deze afstoting helpt kaliumionen zijn intrinsieke affiniteit te overwinnen voor het stevig binden aan de bindingsplaatsen.3 verdere bespreking van het selectiemechanisme zal hieronder worden besproken.
Figuur 6. Een voorbeeld van een kaliumion (paars) in een achtvoudige coördinatieplaats. Binding genummerd voor eenvoudigere visualisatie.