生物谷Bioon.com 訊 2010年8月1日，浙江大學(xué)生命科學(xué)研究院葉升實(shí)驗(yàn)室在Nature Structural & Molecular Biology雜志上以Article形式在線發(fā)表最新研究成果,。浙江大學(xué)生命科學(xué)研究院葉升博士為該文章第一作者,，論文的其他作者有中科院上海藥物所的李揚(yáng)博士以及美國西南醫(yī)學(xué)中心的姜有星博士。姜有星博士和葉升博士為本文的共同通訊作者,。
該文報(bào)道了鉀離子通道選擇性通透鉀離子的一種新機(jī)制,。鈉、鉀離子帶相同電荷,，同屬一族,，性質(zhì)相似，僅在離子直徑上有區(qū)別,。然而鉀離子通道能夠選擇性地通透鉀離子,，而不通透直徑比鉀離子更小的鈉離子。是什么機(jī)制使得鉀離子通道能夠選擇性通透鉀離子呢,？ 2003年諾貝爾化學(xué)獎獲得者M(jìn)acKinnon通過對鉀離子通道KcsA的研究發(fā)現(xiàn),，當(dāng)鈉離子濃度升高而鉀離子濃度降低到3mM以下時(shí)，KcsA通道的離子篩結(jié)構(gòu)塌陷為不通透構(gòu)象,，因此MacKinnon認(rèn)為是離子篩結(jié)構(gòu)的構(gòu)象變化使得鉀離子通道選擇性地通透鉀離子,。然而許多離子通道專家基于他們的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并不完全認(rèn)同此機(jī)制。
該文在研究MthK通道時(shí)發(fā)現(xiàn)：MthK通道在極端條件下（鉀離子完全不存在）是可以通透鈉離子的,，在此基礎(chǔ)上加入微量（1mM）的鉀離子則阻斷鈉電流,，MthK這個(gè)性質(zhì)和KcsA通道完全不同，反而和前述的其他離子通道專家所觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象類似,，這個(gè)現(xiàn)象在離子通道領(lǐng)域叫anomalous mole-fraction effect,。為了深入理解MthK的離子選擇性質(zhì)，本文通過結(jié)晶MthK通道,。在得到初始低分辨率晶體生長條件之后,，結(jié)合兩個(gè)定點(diǎn)突變將晶體的衍射能力推進(jìn)到1.45埃，得到了目前世界上最高分辨率的鉀離子通道晶體結(jié)構(gòu),。在此基礎(chǔ)上本文通過分析MthK鉀離子通道選擇性離子篩在三種不同條件下的結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)在完全沒有鉀離子存在的條件下,，MthK通道的離子篩仍然維持通透構(gòu)象，和功能實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的MthK通道在極端條件下可以通透鈉離子現(xiàn)象相符,。
這個(gè)極高的原子分辨率還使得科研人員可以通過分析鉀離子的反常散射看到在高鉀離子濃度條件下,，鉀離子在離子篩四個(gè)結(jié)合位點(diǎn)均衡分布；在低鉀離子濃度條件下,，鉀離子在離子篩內(nèi)傾向結(jié)合1,，3位點(diǎn)，和功能實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的微量鉀離子阻斷鈉電流現(xiàn)象相符。本文的結(jié)構(gòu)分析和功能實(shí)驗(yàn)為離子通道領(lǐng)域中幾十年前就發(fā)現(xiàn)但一直沒有清晰機(jī)制的一個(gè)生物物理現(xiàn)象- anomalous mole-fraction effect提供了一個(gè)有強(qiáng)有力實(shí)驗(yàn)依據(jù)的解釋,。(生物谷Bioon.com)
生物谷推薦原文出處：
Nature Structural & Molecular Biology doi:10.1038/nsmb.1865
Novel insights into K+ selectivity from high-resolution structures of an open K+ channel pore
Sheng Ye1, Yang Li2 & Youxing Jiang3,4
K+ channels are highly selective for K+ over Na+. Here we present several crystal structures of the MthK K+ channel pore at up to 1.45-? resolution. The MthK selectivity filter maintains a conductive conformation even in the absence of K+, allowing the channel to conduct Na+. The high-resolution structures, along with single-channel recordings, allow for an accurate analysis of how K+ competes with Na+ in a conductive selectivity filter. At high K+ concentrations, two K+ ions equivalently occupy the four sites in the selectivity filter, whereas at low K+/high Na+ concentrations, a single K+ ion remains bound in the selectivity filter, preferably at site 1 or site 3. This single K+ binding at low concentration effectively blocks the permeation of Na+, providing a structural basis for the anomalous mole-fraction effect, a key property of multi-ion pores.
