Ионные каналы играют видные роли в организмах. Например, ионные каналы в действии, когда стимулы регистров организма и передают информацию на мозг в форме электрических сигналов.
Во время этой передачи сигнала заряженные атомы (ионы) должны войти и оставить включенные клетки. Ионы не могут проникнуть в липофильных клеточных мембранах.
Вместо этого они проходят через каналы белка в клеточных мембранах.Во многих случаях ионные каналы позволяют проход только одного определенного типа иона, т.е. они могут быть проводящими для калия, но не для ионов натрия или наоборот. Фильтр селективности, который является самой узкой частью канала, ответственен за эту дискриминацию иона. Однако канал NaK допускает проход и ионов натрия и калия.
Это было в центре данного исследования учеными FMP вокруг доктора Ен Суна и профессора Адама Лэнга вместе с коллегами в Геттингене (Германия) и Хэфэй (Китай).Неотборные ионные каналы очень важны в медицине.
До сих пор это осталось спорным, почему каналы NaK допускают проход и ионов натрия и калия. Профессор Адам Лэнг объясняет: «В то время как рентген, кристаллографические изображения показали нам трехмерную структуру канала, было трудно объяснить, почему этот канал проводящий к двум различным типам иона со столь же высокой эффективностью. Это было особенно трудно понять, потому что последовательность и 3D структура фильтра селективности подобны тем в калии отборные каналы».
Ученый доктор Ен Сун добавил, что исследованная система – образцовая система для нескольких других неотборных ионных каналов в человеческом теле. Как она указала, физиологически и с медицинской точки зрения релевантный в этом контексте циклические закрытые нуклеотидом и активированные гиперполяризацией циклические закрытые нуклеотидом каналы (кпг и каналы HCN): «Мы знаем, что каналы кпг важны для видения и запаха.
Дисфункциональные каналы HCN вовлечены в различные неврологические болезни, такие как эпилепсия или аутизм».Определенные ионы предпочитают определенные структуры каналаНа их пути к обнаружению, как неотборный канал NaK работает, ученые использовали комбинацию спектроскопии ядерного магнитного резонанса (NMR) и машинных молекулярных моделирований динамики. Результаты показали, что фильтр селективности канала NaK динамично изменяется между двумя структурами.
Каждая структура проводящая для одного из двух типов иона. Доктор Ен Сун сообщает: «Удивительно, компьютерные моделирования показали, что ионы калия, проходящие через канал NaK, предпочитают структуру калия отборный канал, в то время как механизм прохода иона натрия подобен проходу ионов натрия через натрий отборный ионный канал». До сих пор исследователи полагали, что структура фильтра селективности – то же самое для транспорта ионов натрия и калия через канал NaK.
Чтобы собрать новые доказательства для важной роли динамической структуры фильтра селективности NaK, ученые экспериментировали с видоизмененным каналом NaK (мутация двойной точки NaK2K). Это видоизменилось, канал NaK проводящий только для ионов калия.
Профессор Адам Лэнг делает отчет о результатах: «Наши расследования NMR ясно показали, что фильтр селективности этого канала формирует только единственную структуру».Среди других источников финансовой поддержки ученые FMP получили финансирование из DFG (Deutsche Forschungsgemeinschaft / немецкий Исследовательский фонд) как часть финансирования для исследовательской группы 2 518 ‘Функциональных Движущих сил Ионных каналов и Транспортеров’. Мех Norddeutscher Verbund Hoch-und Hoechstleistungsrechnen (HLRN; Северная немецкая Ассоциация для Супервычисления) в Берлине позволил ученым FMP использовать свою вычислительную мощность.
Проведение молекулярных моделирований динамики было бы невозможно без этой помощи.