研究离子通道

使用一个高分辨率的单分子研究技术,伊利诺斯州大学的研究人员已经看到两个分支之间的细微差别neurotransmitter-gated离子通道的一个重要的家庭。

Nicotinic-type受体蛋白质镶嵌在神经和肌肉细胞的细胞膜调节活动。一种神经递质,如乙酰胆碱,触发一个小蛋白的构象变化,打开一个通道,允许离子流入细胞。这些受体是关键球员肌肉运动和神经系统疾病如癫痫。

蛋白质家族分为两类,结构非常相似但不同的功能:由通道介导抑制阴离子,或带负电荷的离子,而其他调节励磁将带正电的阳离子。

“这是中枢神经系统的阴和阳,“克劳迪奥Grosman说教授分子和综合生理学、生物物理学和神经科学。“阴离子家族成员和阳离子家族成员几乎看起来一样。整体结构是相同的。所以,问题是,不同的选择性收费的原因是什么?”

Grosman和科学家吉塞拉酶类集中在蛋白质的部分衬里的内部通道。两种类型的通道显示非常小的差异在他们的氨基酸序列。

anion-selective和cation-selective频道有环的基本氨基酸,赖氨酸或精氨酸,通常带一个正电荷。这道理anion-selective频道,但提出了一些质疑为什么阳离子不排斥这些正电荷。

氨基酸残基的电荷是蛋白质功能和结构的一个基本方面。为了计算模型蛋白,研究人员必须分配一个每个残留电荷,所以他们依靠电荷的氨基酸会显示在大量用水的例子中,假设基本残留总是带正电。

但是,蛋白质提供了一个更复杂的环境中,它可以让研究人员难以确定一个特定的氨基酸接受了或失去一个质子成为带电。

Grosman酶类使用膜片箝记录的方法,一种单分子技术,允许他们来衡量绑定和解脱单质子的功能分子,其他强大的方法不能实现的东西。

与膜片箝记录,研究者可以看到电荷在活细胞离子通道的工作状态。他们看到,在anion-selective渠道,基本的残留物似乎预期的正电荷。

然而,在cation-selective频道,赖氨酸或精氨酸似乎塞进蛋白质结构,使其不能接受一个质子从周围的环境,而仍然是中性的。这允许cation-selective渠道保持基本的残留在他们的顺序放置,而不必与其他氨基酸替代他们。

“这些通道是很多计算的研究的主题。在本文之前,如果研究人员不得不模型这些通道,他们总是运行模拟得残留充电,和模拟很可能是错的,”Grosman说。”小的调整,改变氨基酸的位置改变其属性。赖氨酸是质子化了的或deprotonated是一个很大的区别。这不是微不足道的。”

“总的来说,我们想强调这个概念,这些收费氨基酸的性质强烈依赖于他们的特定的微环境在整个蛋白质,“Grosman并补充道。

Grosman并相信“通吃”的原则适用于整个nicotinic-type受体超家族,。接下来,他们计划使用膜片箝技术进一步研究邻近氨基酸赖氨酸或精氨酸来更好地理解这类蛋白质调节抑制和兴奋。

虽然这项研究集中在肌肉乙酰胆碱受体,Grosman认为“通吃”的原则适用于整个nicotinic-type受体超家族,。接下来,他们计划使用膜片箝技术进一步研究邻近氨基酸赖氨酸或精氨酸来更好地理解这类蛋白质调节抑制和兴奋。