kanał KcsA: struktura
w artykule skupimy się na kanałach potasowych Streptomyces lividans, które zawierają dwie domeny. Pierwszym z nich jest część transbłonowa, która zawiera 120 pozostałości. Zostanie to szczegółowo omówione poniżej. Druga domena jest domeną cytoplazmatyczną, która zawiera około 40 reszt. Domena cytoplazmatyczna przyczynia się do stabilności stanu zamkniętego. Wnioskuje się o tym na podstawie danych, które pokazują spadek efektywności fałdowania i montażu kanałów oraz wpływ stabilności termicznej na usunięcie domeny cytoplazmatycznej ze struktury krystalicznej.5 Jak widać na fig. 2, wypełniona wodą C-końcowa domena cytoplazmatyczna jest strukturą Wiązki 4-helisy, która rozciąga się liniowo w kierunku cytoplazmy.5-6 za pomocą elektronowego rezonansu paramagnetycznego, EPR, dane wytworzone przez Uysal, wykazano, że C-terminal ma odcinek wybrzuszający się tam, gdzie domena C-końcowa spotyka się z domeną transmembranową.5 ten odcinek spirali, który łączy te dwa, ma wyższy stopień elastyczności niż inne części, które potencjalnie odgrywają rolę podczas otwierania kanału.5 nadal istnieje wiele badań, które należy przeprowadzić, aby w pełni zrozumieć funkcjonalność domeny C-terminal. Sugerowaną funkcją domeny jest to, że może ona służyć jako receptor dla niezidentyfikowanego aktywatora plazmatycznego białka lub ligandu, ale inni twierdzą, że nie ma znaczącego wpływu na ścieżkę przenikania dla jonu. Struktura nie zawiera jeszcze orientacji żadnych łańcuchów bocznych, ale rozmieszczenie Helis sugeruje oddziaływania elektrostatyczne w podjednostce.3, pokazuje, jak domena cytoplazmatyczna porównuje kanał otwarty z kanałem zamkniętym z dwoma kanałami bakterii.7 reszta artykułu skupi się na domenie transbłonowej, która wybiera potas.
Rysunek 3. Domena transmembrana. Każda podjednostka jest inaczej zabarwiona, a jony potasu są fioletowe. PDB 1BL8.
selektywność jonów potasu zależy w dużej mierze od struktury filtra selektywności kanału potasowego. Środowisko koordynacyjne kanału ma selektywne ligandy, które wiążą się specyficznie z jonami potasu.8 białko kanału potasowego jest tetramerem, który zawiera cztery identyczne podjednostki, które tworzą centralny por.8-9 jony przepływają do otworu, który otwiera się i zamyka, kierując jony do centralnej jamy. Podjednostki zawierają dwie helisy alfa, w których jedna stoi w kierunku centralnego poru, wewnętrznej helisy, a druga w kierunku błony lipidowej, inaczej znanej jako zewnętrzna helisa.3 wraz z wewnętrzną i zewnętrzną helisą, każda podjednostka zawiera helisę porów.3,8 podjednostki są przechylone, jak pokazano na fig. 3, gdzie filtr selektywności znajduje się w pobliżu zewnątrzkomórkowej powierzchni błony. Cztery wewnętrzne helisy są skonstruowane w taki sposób, że łączą się w pobliżu powierzchni wewnątrzkomórkowej. Zarówno wewnątrz -, jak i zewnątrzkomórkowe wejścia są ujemnie naładowane przez kwaśne aminokwasy. Pozwala to na większe stężenie kationów w pobliżu błony i mniej anionów z powodu przeciwstawnych ładunków.8
Rysunek 4. Kanał potasowy (struktura KCSA od Streptomyces lividans) z oznaczonymi kluczowymi składnikami strukturalnymi. Główne aspekty, na które należy zwrócić uwagę, to filtr porów, wnęki i selektywności (SF). Są to części kanału, przez które przemieszczają się jony potasu. Po pierwsze, jon przepływa przez pory I wchodzi do wnęki uwodnionej, gdy pory są otwarte. Następnie jon potasu jest odwodniony i wybrany do podróży przez SF, gdzie następnie dostanie się do komórki. Zauważ, że tylko dwie podjednostki są pokazane na tym obrazku dla łatwiejszej wizualizacji. PBD 1K4C.
region porów został po raz pierwszy zidentyfikowany z blokującymi pory toksynami skorpiona. Oddziałują z aminokwasami przy wejściu do porów powodując blokowanie i dysfunkcję. Porów jest tam, gdzie jon potasu wchodzi, gdzie następnie jest przenoszony do centralnej jamy, jak pokazano na fig. 4. W tym czasie jon potasu pozostaje uwodniony.8 wewnątrzkomórkowy Por jest cechą kanału, który umożliwia jony potasu wejść do komórki, gdy jest otwarta, lub być zablokowane przed wejściem, gdy ZAMKNIĘTE. Kanały otwierają się, gdy zachodzi zmiana potencjału membranowego, umożliwiając napływ jonów potasu do filtra wnękowego. Gdy selektywne Wiązanie występuje w filtrze selektywności, potencjał spada przez membranę, zamykając w ten sposób pory.1 pory i Wnęka są wyłożone hydrofobowo, co umożliwia obniżenie bariery elektrostatycznej. Musi istnieć niższa bariera elektrostatyczna, więc koszt energetyczny odwodnienia jest kompensowany dzięki dużej barierze energetycznej dla przenikania jonów (bariera dielektryczna). W ten sposób wypełniona wodą Wnęka pozwala na uzyskanie korzystnego energetycznie środowiska.3,8,10,11
Rysunek 5. Wiązanie jonów potasu (Fioletowy) do specyficznych ligandów przez szkielet O thr 75, Val 76, Gly 77 i Tyr 78. Pełna koordynacja nie jest tutaj pokazana dla łatwiejszej wizualizacji. Reproduced from Samsom.11
następnie jony należy wybrać do filtra selektywności (SF), który jest wyłożony polarnymi atomami łańcucha głównego należącymi do aminokwasów. SF jest tak wąski, że jony muszą być najpierw odwodnione przed wejściem do niego. Istnieją dwie zasadnicze cechy w SF. Po pierwsze, Atomy łańcucha głównego tworzą odpowiednie wymiary do koordynowania odwodnionego jonu potasowego przez układanie, tworząc w ten sposób sekwencyjne pierścienie tlenowe. Tworzy to bardzo małą odległość, którą jon potasu musi pokonać, aby dotrzeć do każdego miejsca podczas podróży przez filtr. Tworzy to sekwencję czterech sześciennych ośmiokrotnych miejsc koordynacji, jak widać na fig.3,8 w dowolnym momencie miejsca te są zajęte przez dwa jony K+ i dwie cząsteczki wody w naprzemiennej sekwencji drugą cechą jest pakowanie białka wokół SF, które następuje po sekwencji T-V-G-Y-G, pokazanej na fig. 5.9 przewodzenie może wystąpić, gdy dwa jony potasu wejdą do SF, powodując równowagę między siłą przyciągania występującą z SF do jonu z siłą odpychającą występującą między dwoma jonami potasu.8 to odpychanie pomaga jonom potasu przezwyciężyć jego wewnętrzne powinowactwo do ścisłego wiązania z miejscami wiązania.3 dalsze omówienie mechanizmu wyboru zostanie omówione poniżej.
Rysunek 6. Przykład jonu potasowego (fioletowego) w miejscu ośmiokrotnej koordynacji. Numerowane wiązania dla łatwiejszej wizualizacji.