Der Ionisationszustand und die Konformation von Glu-71 im KcsA K+ -Kanal

Die Seitenkette von Glu-71 des KcsA K+ -Kanals, ein wichtiger Rest in der Nähe des Selektivitätsfilters, wurde in der kristallographischen Struktur von Doyle et al. (Doyle, D. A., J. M. Cabral, R. A. Pfützner, A. Kuo, J. M. Gulbis, S. L. Cohen, B. T. Chait und R. MacKinnon. 1998. Wissenschaft. 280:69–77). Seine Atomkoordinaten sind unbestimmt und sein Ionisationszustand ist unbekannt. Für aussagekräftige theoretische und rechnerische Untersuchungen des KcsA-K + -Kanals ist es wichtig, Fragen zur Konformation und zum Ionisationszustand dieses Restes im Detail zu beantworten. In früheren MD-Simulationen, in denen die Seitenkette von Glu-71 protoniert ist und mit Asp-80 eine starke Wasserstoffbindung bildet, wurde beobachtet, dass der Kanal nicht signifikant von der kristallographischen Struktur abweicht (Bernèche, S. und B. Roux. 2000. In: Biophys. J. 78:2900-2917). Im Gegensatz dazu zeigen wir hier, dass die Struktur des Selektivitätsfilters des KcsA-Kanals signifikant gestört ist, wenn diese Seitenketten an jedem der vier Monomere vollständig ionisiert sind. Um Fragen zum Ionisationszustand von Glu-71 weiter zu klären, berechneten wir den pKa-Wert dieses Rückstands mithilfe von molekulardynamischen Simulationen mit freier Energie (MD / FES) mit einem vollständig flexiblen System einschließlich expliziter Lösungsmittel- und Membran- und Finite-Differenzen-Poisson-Boltzmann-Kontinuumselektrostatik (PB). Es wird festgestellt, dass die pKa von Glu-71 um ∼+10 pKa-Einheiten verschoben ist. Diese Ergebnisse deuten stark darauf hin, dass Glu-71 unter normalen Bedingungen protoniert wird.