KcsA通道对Na^+、K^+及Rb^+离子选择性的统计热力学研究

钾离子的通透率至少比钠离子的通透率大10 000倍,这个问题至今没有很好地解决. 为了在分子水平阐释钾离子通道的选择性机制,以KcsA钾通道X射线衍射结构为基础,采用密度泛函理论计算了不同离子在离子通道中的位能. 计算结果表明,Rb+离子具有与K+离子相类似的位能曲线,但是其在通透过程遇到的位垒要比K+离子的位垒高,因而所对应的通透率也就小于钾离子的通透率,而钠离子的的通透率仅仅是钾离子通透率的0.0067%. 文中所涉及的系统仅仅包含269个原子,而用分子动力学虽然也可以得到相近的结果,但是它的系统大小为41 000个原子.

KcsA钾离子通道导通钾离子的能力受水分子影响的分子模拟研究

钾离子通道可以选择性的导通钾离子,使其快速通过细胞膜.但是钾离子通过该通道时仍需要克服一定的能量壁垒.钾离子进入及溢出通道的难易程度可以用分子动力学模拟的方法来研究.钾离子通道对离子的高选择性及其快速导通钾离子的能力来源于其独特的离子选择性滤嘴结构.该结构决定了钾离子必须逐一通过.当一个钾离子进入滤嘴结构时,另一钾离子会随后进入.通常认为每两个钾离子中间会间隔一个水分子.那么水分子的存在和其在通道中的不同排列是否会影响钾离子通道对钾离子的导通能力?为解释这一问题,本文选取KcsA钾离子通道作为研究模型,用分子动力学模拟的方法研究了钾离子通过该通道时的难易程度与滤嘴结构内水分子排列的相关性.研究发现滤嘴结构内水分子的存在会影响其相邻钾离子的流动速度.由于水分子占据了钾离子在滤嘴内的结合位点,在一定程度上使得钾离子不易流向该位点,但同时水分子的存在又可以推动与其相邻的钾离子向前运动.因此水分子的作用具有双重性.