Nur 12 Wassermoleküle führen die lange durch Kalium- Ionenkanäle erforderlich , bevor sie wieder funktionieren nach der Aktivierung Erholungsphase. Mit molekularen Simulationen, die einen Kaliumkanal und seiner unmittelbaren zellulären Umgebung , Atom für Atom modelliert , University of Chicago haben Wissenschaftler diesen neuen Mechanismus in der Funktion eines fast universellen biologischen Struktur offenbart , deren Wirkungsspektrum von der Grundlagenbiologiefür die Konzeption von Arzneimitteln. Ihre Ergebnisse wurden online veröffentlicht in der Natur .
"Unsere Forschung stellt klar, die Natur dieser mysteriösen zuvor Inaktivierung Zustand . Das gibt uns ein besseres Verständnis der biologischen Grundlagen soll die rationelle Entwicklung von Medikamenten , die oft Ziel den inaktiven Zustand der Kanäle zu verbessern ", sagte Benoît Roux, PhD, Professor für Biochemie und Molekularbiologie Biologie an der University of Chicago.
Kaliumkanäle , die in den Zellen von praktisch lebenden Organismen vorhanden sind Kernkomponenten in Bioelektrizität Erzeugung und zellulären Kommunikation. Für Funktionen wie neuronale Feuern und Muskelkontraktion erforderlich , dienen sie als gemeinsame Ziele in der pharmazeutischen Entwicklung .
Diese Proteine wirken als geschlossene Tunnel durch die Zellmembran , Steuern der Strömung von kleinen Ionen in die und aus den Zellen . Nachdem sie durch ein externes Signal aktiviert wird, um die Kaliumkanäle öffnen Ionen durchlassen . Bald darauf jedoch schließen sie , die Eingabe eines inaktiven Zustand und nicht in der Lage zu reagieren, um für 10 Reize auf bis zu 20 Sekunden .
Die Ursache dieser langen Erholungsphase , die durch molekulare Standards enorm langsam ist , ist ein Rätsel , wie strukturelle Veränderungen in der Protein ist bekannt, fast vernachlässigbar zwischen den aktiven und inaktivierten Zuständen zu sein - die sich in einem Abstand entsprechend dem Durchmesser ein einzelnes Kohlenstoffatom .
Um Licht in dieses Phänomen zu vergießen , Roux und sein Team Supercomputer , um die Bewegung und das Verhalten jedes einzelnen Atom in der Kaliumkanal und dessen unmittelbare Umgebung zu simulieren. Nach Berechnungen entsprechend Millionen Core - Stunden , das Team festgestellt, dass nur 12 Wassermoleküle für die langsame Erholung dieser Kanäle verantwortlich waren.
Sie fanden heraus, dass, wenn die Kaliumkanal geöffnet ist , Wassermoleküle schnell auf winzige Hohlräume innerhalb der Proteinstruktur , wo sie den Kanal in einem Zustand , der den Durchgang von Ionen verhindert blockieren binden. Die Wassermoleküle langsam freigesetzt werden erst nach dem äußeren Reiz wurde entfernt , so dass der Kanal zur Aktivierung bereit zu sein. Diese Computersimulation basierende Feststellung wurde dann durch Osmolarität Experimente im Labor bestätigt.
" Die Beobachtung war eine große Überraschung , aber es machte sehr viel Sinn in der Rückschau ", sagte Roux. " Ein besseres Verständnis dieser allgegenwärtigen biologischen Systems wird sich ändern , wie Menschen über die Inaktivierung und Wiederherstellung dieser Kanäle zu denken, und hat das Potenzial, eines Tages die menschliche Gesundheit auswirken . "