Молекулы воды контролируют инактивацию и восстановление калиевых каналов

Изображение смоделированного калиевого канала и среды, которая его окружает. Изображение смоделированного калиевого канала и среды, которая его окружает.

12 молекул воды обеспечивают протекание длительного постактивационного восстановительного периода, который необходим калиевым ионным каналам перед тем, как они вновь смогут действовать. Используя молекулярную модель ионных каналов и окружающей их клеточной среды, учёные из Чикагского университета выявили новые аспекты функционирования практически универсальной биологической системы. Полученные ими результаты могут быть широко использованы: от фундаментальной биологии до создания лекарств.

«Проведённое нами исследование проясняет природу ранее не совсем понятного состояния инактивации. Оно позволяет нам более глубоко понять фундаментальные биологические процессы и должно повысить качество производимых лекарственных препаратов, которые часто нацелены на каналы, находящиеся в состоянии инактивации» — говорит Бенуа Рукс (Benoît Roux, профессор кафедры биохимии и молекулярной биологии Чикагского университета).

Калиевые каналы присутствуют в клетках живых организмов. Они являются основополагающим компонентом клеточной коммуникации и генерации биоэлектрических импульсов. Они играют значимую роль в протекании в организме различных процессов и являются часто используемой мишенью для различных лекарственных средств.

Калиевый канал действует как туннель, в котором есть ворота. Данный туннель находится в клеточной мембране и контролирует поток небольших ионов, идущий как в клетку, так и из неё. После активации внешним сигналом ионные каналы открываются, в результате чего наблюдается ток ионов. Вскоре после этого они закрываются, переходя в неактивное состояние, и в течение 10–20 секунд не могут отвечать на действие активирующих факторов.

Причина столь продолжительного и медленного по молекулярным меркам периода восстановления неясна, так как известные наблюдаемые структурные изменения белковых молекул, отмечаемые в активном и неактивном состоянии каналов едва различимы. Возникающие различия с точки зрения расстояний эквиваленты диаметру одного атома углерода.

Для того, чтобы расширить представления о данном феномене, профессор Рукс и группа учёных, которой он руководил, использовали суперкомпьютеры. С их помощью специалисты симулировали поведение и движение каждого отдельного атома в калиевых ионных каналах и среды, в которой они находятся.

После вычислений учёные обнаружили, что всего лишь 12 молекул воды ответственны за медленное восстановление рассматриваемых ионных каналов.

Было установлено, что, когда калиевый ионный канал открыт, молекулы воды быстро связываются с крошечными углублениями в его структуре, там они блокируют канал, приводя его в состояние, которое останавливает ток ионов. Данные молекулы воды медленно отсоединяются от углублений после того, как исчезает влияние внешнего стимула. Это событие позволяет каналу подготовиться к очередной активации. Результаты проведённого моделирования были проверены в лабораторных условиях.

«Наблюдаемое оказалось для нас полной неожиданностью, но оно наполнено смыслом с точки зрения уже известных данных. Более глубокое понимание данной широко распространённой биологической системы изменит представления людей об инактивации и восстановлении рассматриваемых ионных каналов и однажды может оказать влияние на здоровье человека» — говорит профессор Бенуа Рукс.

Более подробное описание результатов проведённого исследования опубликовано в журнале Nature.

Пожалуйста, оцените статью:
Ваша оценка: None Средняя: 4.1 (13 votes)
Источник(и):

1. sci-lib.com

2. Science Daily