NaK通道通透特性的研究

【摘要】： 离子跨膜输运过程是生物体中物质、能量和信息有组织、有秩序的输运过程,是当前生物物理学研究的热点之一。膜蛋白的结构决定离子输运功能,在输运过程中扮演着关键角色。开展离子跨膜输运机制的研究将有助于我们更为深入、更为细致的理解物质跨膜输运的生命过程,同时,从这些输运现象中提炼并研究一些新的具有普适意义的物理问题,有助于进一步理解和丰富输运理论。 本文在国家自然科学基金(编号:10775038, 10645006, 10647121)、教育部高等学校博士学科点专项科研基金(编号:20060080001)、河北省自然科学基金(编号:C2005000011,C2007000026)和河北省教育厅科研项目(编号:2006148)支持下以新型离子通道——NaK通道为研究对象,从NaK通道的三维精细结构出发,应用量子化学及密度泛函理论,在分子水平上构建了NaK通道与钠、钾、铷离子的相互作用的位能面;并以此为基础,建立布朗动力学模型模拟NaK通道对钠离子、钾离子、铷离子的通透过程;对比NaK与KcsA通道结构相互作用势能曲线及其通透性差异,分析结构差异引起的功能变化的本质原因。得到了一些有益的结论: (1)NaK通道与钠、钾和铷离子相互作用的位能面都具有非对称性,在这种非对称势场的作用下,一价阳离子可以实现由膜内侧向膜外侧的转运,这说明其对一价阳离子的通透无选择性。 (2)位能曲线上的每个极小值点对应于离子的结合位点,钠、钾和铷离子在NaK通道中都具有结合位点,这与实验中测定的结果一致。 (3)获得了NaK通道对钠离子、钾离子和铷离子的平均通透速度、平均通透时间和单位时间通透离子个数等动力学量,说明离子通透过程中通道存在最佳的通透“有效半径”。