canal de KcsA: estrutura
este artigo focará o KCSA, um canal de potássio de Streptomyces lividans, que contém dois domínios. A primeira é a porção transmembranar, que contém 120 resíduos. Isto será discutido em detalhe abaixo. O segundo domínio é um domínio citoplásmico que contém cerca de 40 resíduos. O domínio citoplásmico contribui para a estabilidade do estado fechado. Isto é concluído com base em dados que mostram uma diminuição na eficiência de dobragem de canais e montagem e estabilidade térmica sendo afetado quando o domínio citoplásmico é removido da estrutura cristalina.Como se vê na Figura 2, o domínio citoplásmico terminal C cheio de água é uma estrutura de feixe de 4 hélices que se estende linearmente em direção ao citoplasma.5-6 tem sido mostrado por ressonância paramagnética eletrônica, EPR, dados produzidos pela Uysal, que o C-terminal tem um trecho que se agita para fora onde o domínio C-terminal atende o domínio transmembranar.5 Este trecho de hélice que conecta os dois tem um maior grau de flexibilidade do que as outras partes que potencialmente desempenham um papel durante a abertura do canal.5 ainda há muita pesquisa que precisa ser conduzida para entender plenamente a funcionalidade do domínio C-terminal. Uma função sugerida do domínio é que ele pode servir como um receptor para uma proteína activadora plásmica não identificada ou ligante, mas outros argumentam que não há efeito significativo sobre o caminho de permeação para o íon. A estrutura ainda não contém orientação de qualquer corrente lateral, mas a disposição das hélices sugere interações eletrostáticas na subunidade.6 Figura 3, demonstra como o domínio citoplásmico se compara entre um canal aberto e um canal fechado com dois canais bacterianos.7 o resto do papel estará focando no domínio transmembranar que seleciona para potássio.
Figura 3. O domínio transmembranar. Cada subunidade é colorida de forma diferente e os íons de potássio são roxos. PDB 1BL8.
a selectividade para os iões de potássio depende fortemente da estrutura do filtro de selectividade do canal de potássio. O ambiente de coordenação do canal tem ligantes seletivos que se ligam especificamente a íons de potássio.8 a proteína do canal de potássio é um tetrâmero, que contém quatro subunidades idênticas que formam um poro central.8-9 os íons fluem para um poro que abre e fecha, dirigindo os íons para a cavidade central. As subunidades contêm duas hélices Alfa onde uma está virada para o poro central, a hélice interna, e outra para a membrana lipídica, também conhecida como a hélice externa.3 juntamente com as hélices interna e externa, cada subunidade inclui uma hélice pore.3,8 as subunidades são inclinadas, como visto na Figura 3, onde o filtro de seletividade está próximo da superfície extracelular da membrana. As quatro hélices interiores estão estruturadas de uma forma onde se juntam perto da superfície intracelular. Ambas as entradas intra e extracelulares são negativamente carregadas por aminoácidos ácidos. Isto permite uma maior concentração de catiões perto da membrana e menos aniões por causa das cargas opostas.8
Figura 4. Canal de potássio (KCSA structure from Streptomyces lividans) with key structural components labeled. Os principais aspectos a observar são o poro, cavidade e filtro de seletividade (SF). Estas são as partes do canal onde os iões de potássio viajam. Primeiro, o íon flui através do poro e entra na cavidade hidratada quando o poro está aberto. Em seguida, um íon de potássio é desidratado e selecionado para viajar através do SF, onde, em seguida, entra na célula. Note que apenas duas subunidades são mostradas nesta imagem para uma visualização mais fácil. PBD 1K4C.
a região dos poros foi identificada pela primeira vez com toxinas escorpiões que bloqueavam os poros. Eles interagem com aminoácidos na entrada do poro causando bloqueio e disfunção. O poro é onde entra o íon de potássio, onde é então transferido para a cavidade central, como se vê na Figura 4. Durante este tempo o íon de potássio permanece hidratado.8 o poro intracelular é a característica do canal que permite que íons de potássio entrem na célula quando ela está aberta, ou ser bloqueada de entrar quando fechada. Os canais se abrem quando há uma mudança no potencial da membrana, permitindo um influxo de íons de potássio no filtro da cavidade. Uma vez que a ligação selectiva ocorre no filtro de selectividade, o potencial cai através da membrana, fechando assim o poro.1 os poros e a cavidade são hidrofóbicos, permitindo a capacidade de baixar a barreira electrostática. Tem de haver uma barreira electrostática mais baixa para que o custo energético da desidratação seja compensado devido à Grande Barreira de energia para a permeação iônica (barreira dielétrica). Assim, a cavidade cheia de água permite um ambiente energeticamente favorável.3,8,10,11
Figura 5. Ligação de íons de potássio (roxo) a ligantes específicos pela coluna vertebral de 75, Val 76, Gly 77 e Tyr 78. A coordenação completa não é mostrada aqui para uma visualização mais fácil. Reproduzido por Samsom.11
em seguida, os íons precisam ser selecionados no filtro de seletividade (SF), que é forrado com átomos de cadeia principal polar que pertencem a aminoácidos. O SF é tão estreito que os íons devem ser desidratados antes de entrar nele. Há duas características essenciais no SF. Em primeiro lugar, os átomos da cadeia principal criam dimensões adequadas para coordenar um íon de potássio desidratado empilhando, fazendo assim anéis de oxigênio sequenciais. Isso cria uma distância muito pequena que o íon de potássio deve viajar para alcançar cada local enquanto viaja através do filtro. Isto forma uma seqüência de quatro locais cúbicos de coordenação oito vezes, como visto na Figura 6.3,8 A qualquer tempo, estes sítios são ocupados por duas K+ íons e duas moléculas de água em uma seqüência alternada a segunda característica é A proteína de embalagem ao redor do SF, que segue uma seqüência de T-V-G-Y-G, mostrado na Figura 5.9 Condução, em seguida, pode ocorrer quando dois íons de potássio introduza o SF, causando um equilíbrio entre atraente força que ocorre a partir de SF para o íon com a força repulsiva que ocorre entre os dois iões de potássio.Esta repulsão ajuda os iões de potássio a superar a sua afinidade intrínseca para se ligarem firmemente aos locais de ligação.3 mais discussão sobre o mecanismo de selecção será discutida a seguir.
Figura 6. Um exemplo de um íon de potássio (roxo) em um local de coordenação de oito vezes. Ligando numerada para uma visualização mais fácil.