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钠钾通道开启过程中变形特性的研究

作　者: 岑成
导　师: 郭万林
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 力学
关键词: NaK离子通道铰链旋转弯曲门控支道
分类号: Q27
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

1998年KcsA晶体结构的发现,是从原子尺度所进行的对离子通道选择性研究的一次重大突破。之后,越来越多的注意力开始向离子通道的门控特性聚拢。然后,由于缺少单一蛋白在闭式和开式状态下的双晶体结构,通道门控方面的很多特性还不为人知。2006年和2009年先后获得的NaK通道闭式和开式结构,为研究离子通道门控特性提供了一个绝佳的机会。在此次硕士学位论文的工作中,我通过拉伸分子动力学(TMD)模拟了NaK通道由闭合态向开启态的转变过程,有两个重要发现。一个是提出了GIG的新铰链模式,并由此解释了旋转和弯曲运动的分离机制。之前的门控模型,要么认为旋转和弯曲单独发生,要么认为旋转弯曲在铰链以下均匀分布,我发现,在NaK通道门控过程中,内螺旋的旋转和弯曲运动的起始位置不同,前者集中于包含G87号铰链的GIG残基上;后者则自V91开始,分布在V91号残基以下的内螺旋区域。另一方面,旋转和弯曲沿螺旋的变化规律不同,前者在GIG区域即由0快速增加到最大值,而在GIG铰链域以下没有发生变化而始终维持在最大值;弯曲从V91开始沿内螺旋均匀增加,直至螺旋末端。旋转和弯曲分离机制的提出,大大丰富了我们对于离子通道门控特性的认识。二个是分析了NaK通道变形过程中,亚基间所围成的导水支道结构的变迁,以及它的堵塞机制。变迁方面,发现支道口径的变化是由内螺旋旋转运动所导致的,控制位点是V91,这和“门”的变迁机制不同,门的变迁是由内螺旋的旋转和弯曲运动共同导致的,从而明确了NaK通道两种导水方式的区别和联系,阐释了这两者与蛋白变形的关系。堵塞机制方面,发现内螺旋上苯丙氨酸F94侧链苯环和外螺旋F28侧链苯环形成的稳定构型,导致了支道外侧的堵塞,新发现的这个亚基内相互作用对于维持NaK开式构型的稳定也非常重要;发现内螺旋上F92在脱离相邻亚基疏水层对它的束缚后,发生了侧链苯环的不规则偏转,导致了支道内侧的随机性堵塞。

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