Пресс-центр / новости / Наука /

Предложен механизм «вторичного хелатирования» для объяснения селективности бактериальных натриевых каналов

Натриевые каналы играют важную роль в природе, например обусловливают возбудимость нервной системы и мышц. Их селективная проводимость интенсивно изучается многие десятилетия, однако ее физико-химические основы до сих пор не ясны. В новой теоретической работе ученые из ИБХ предложили механизм «вторичного хелатирования», ключевую роль в котором играет пространственная организация молекул воды в гидратной оболочке иона. Селективный фильтр бактериального натриевого канала устроен так, чтобы оптимально взаимодействовать с гидратной оболочкой Na+, тогда как оболочка K+ вынуждена «сжиматься», что препятствует прохождению иона. Работа опубликована в журнале Structure, а также удостоена попадания иллюстрации на обложку номера.

Моделирование молекулярной динамики показало, что селективный фильтр бактериального натриевого канала NavMs организован так, чтобы оптимально взаимодействовать с гидратной оболочкой Na+ в энергетически выгодной октаэдрической стереометрии. Таким образом селективный фильтр позволяет беспрепятственно проходить ионам Na+ через канал. Гидратная оболочка второго наиболее распространенного катиона K+ имеет форму квадратной антипризмы, и в селективном фильтре она вынуждена «сжиматься». Это приводит к возникновению энергетического барьера на пути прохождения иона K+ через канал, что и является причиной селективности.

механизма селективности калиевых каналов, открытого лауреатом Нобелевской премии Родериком Маккинноном и коллегами в 1998 году, который по аналогии может быть назван «первичным хелатированием» (или просто хелатированием). Полярные группы селективного фильтра калиевых каналов (карбонилы основной цепи белка) пространственно ориентированы таким образом, чтобы замещать молекулы воды в гидратной оболочке K+, но не Na+. Детальному изучению этого принципа посвящено наше предыдущее исследование: «К вопросу о селективности калиевых каналов, или откуда белкáм известно о квадратной антипризме?».

Два механизма распознавания ионов ионными каналами: прямое («первичное хелатирование», как в калиевых каналах) и через гидратную оболочку («вторичное хелатирование», как в бактериальных натриевых каналах) — аналогичны тому, как мы узнаем музыкальный инструмент: по его внешнему виду, либо посмотрев на форму футляра, в котором он хранится и переносится (см. рисунок).

Рисунок. Слева: «первичное хелатирование» ионов в калиевых каналах. Селективный фильтр распознает тип иона непосредственно, замещая гидратную оболочку иона выгодным для K+ образом. Так же непосредственно мы можем отличить скрипку от валторны — по их внешнему виду. Справа: «вторичное хелатирование» ионов в бактериальных натриевых каналах. Селективный фильтр распознает тип иона, создавая окружение, выгодное для гидратной оболочки Na+. Аналогично музыкальный инструмент мы можем узнать по форме его футляра. Эта иллюстрация (графическая аннотация) и изображение на обложке номера Structure нарисованы Анастасией Самоукиной.

8 августа