El Estado de Ionización y la Conformación de Glu-71 en el Canal KcsA K+

La cadena lateral de Glu-71 del canal KcsA K+, un residuo importante en la vecindad del filtro de selectividad, no se resolvió en la estructura cristalográfica de Doyle et al. (Doyle, D. A., J. M. Cabral, R. A. Pfuetzner, A. Kuo, J. M. Gulbis, S.L. Cohen, B. T. Chait, and R. MacKinnon. 1998. Ciencia. 280:69–77). Sus coordenadas atómicas son indeterminadas y su estado de ionización es desconocido. Para estudios teóricos y computacionales significativos del canal KcsA K+, es esencial abordar en detalle las preguntas sobre la conformación y el estado de ionización de este residuo. En simulaciones previas de MD en las que la cadena lateral de Glu-71 está protonada y formando un fuerte enlace de hidrógeno con Asp-80, se observó que el canal no se desviaba significativamente de la estructura cristalográfica (Bernèche, S. y B. Roux. 2000. Biophys. J. 78: 2900-2917). En contraste, mostramos aquí que la estructura del filtro de selectividad del canal KcsA se interrumpe significativamente cuando estas cadenas laterales están completamente ionizadas en cada uno de los cuatro monómeros. Para resolver aún más las preguntas sobre el estado de ionización del Glu-71, calculamos el valor pKa de este residuo utilizando simulaciones de energía libre de dinámica molecular (MD/FES) con un sistema completamente flexible que incluye electrostática continua de solventes y membranas explícitas y diferencias finitas de Poisson-Boltzmann (PB). Se encuentra que el pKa de Glu-71 se desplaza en ∼ + 10 unidades pKa. Estos resultados sugieren fuertemente que Glu-71 está protonado en condiciones normales.