我國率先發(fā)現(xiàn)離子通道離子選擇性新機制

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2018-02-26

田長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，應用固體核磁共振、單通道電生理及分子動力學模擬等方法揭示了NaK離子通道的離子選擇性新機制。

記者從中國科學技術大學獲悉，該校田長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，應用固體核磁共振、單通道電生理及分子動力學模擬等方法揭示了NaK離子通道的離子選擇性新機制。該研究成果已發(fā)表在《自然·通訊》上。

離子通道是細胞膜上的一類特殊親水性蛋白質(zhì)微孔道，在細胞膜上形成動作電位和梯度電位，決定細胞的興奮性和傳導性。絕大多數(shù)離子通道對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)構基礎上，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現(xiàn)離子選擇性”的靜態(tài)機制模型，獲得了廣泛認同。但是，近年來高分辨率X-射線晶體結(jié)構顯示NaK離子通道在結(jié)合不同離子時其靜態(tài)通道結(jié)構完全一致，這無法解釋其如何識別和通透這些離子。

田長麟課題組以非選擇性通道NaK為研究對象，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。雙方進一步通過固體核磁對原子間距離測量勾畫出了兩種構象的結(jié)構差別，并用分子動力學模擬的方法驗證了兩種構象分別對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制。

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