我國率先發(fā)現(xiàn)離子通道離子選擇性新機(jī)制

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2018-02-26

田長(zhǎng)麟教授研究組與德國萊布尼茨分子藥物所Adam Lange及孫涵課題組合作，應(yīng)用固體核磁共振、單通道電生理及分子動(dòng)力學(xué)模擬等方法揭示了NaK離子通道的離子選擇性新機(jī)制。

記者從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校田長(zhǎng)麟教授研究組與德國萊布尼茨分子藥物所Adam Lange及孫涵課題組合作，應(yīng)用固體核磁共振、單通道電生理及分子動(dòng)力學(xué)模擬等方法揭示了NaK離子通道的離子選擇性新機(jī)制。該研究成果已發(fā)表在《自然·通訊》上。

離子通道是細(xì)胞膜上的一類特殊親水性蛋白質(zhì)微孔道，在細(xì)胞膜上形成動(dòng)作電位和梯度電位，決定細(xì)胞的興奮性和傳導(dǎo)性。絕大多數(shù)離子通道對(duì)不同的離子有選擇性的通透，但仍有一部分離子通道可以非選擇性地通過幾種離子。研究人員在KcsA鉀離子通道結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，提出了“鉀離子通道通過選擇過濾器中主鏈C=O形成水合離子配位方式實(shí)現(xiàn)離子選擇性”的靜態(tài)機(jī)制模型，獲得了廣泛認(rèn)同。但是，近年來高分辨率X-射線晶體結(jié)構(gòu)顯示NaK離子通道在結(jié)合不同離子時(shí)其靜態(tài)通道結(jié)構(gòu)完全一致，這無法解釋其如何識(shí)別和通透這些離子。

田長(zhǎng)麟課題組以非選擇性通道NaK為研究對(duì)象，將其重組裝到磷脂雙分子膜內(nèi)（還原離子通道所存在的細(xì)胞膜環(huán)境），并與Adam Lange組合作，通過魔角旋轉(zhuǎn)固體核磁方法獲得高分辨固體NMR譜圖，并獲得了不同金屬陽離子條件下譜峰歸屬。NMR譜圖數(shù)據(jù)表明，NaK在生理環(huán)境下通道存在兩種構(gòu)象，鉀離子選擇結(jié)合其中一種，而鈉離子選擇另一種。雙方進(jìn)一步通過固體核磁對(duì)原子間距離測(cè)量勾畫出了兩種構(gòu)象的結(jié)構(gòu)差別，并用分子動(dòng)力學(xué)模擬的方法驗(yàn)證了兩種構(gòu)象分別對(duì)K+和Na+有高度的選擇性。

這一研究成果提出了離子通道選擇性的新機(jī)制。

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