Моделирование процесса переноса протонов в ионных каналах биомембран и родственных водородсвязанных структурах

• Автор: Сапронова, Алла Вячеславовна
• Шифр специальности: 03.00.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 134 с.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА I

СТРУКТУРНЫЕ И ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ПОТЕНЦИАЛЗАВИСИМЫХ ИОННЫХ КАНАЛОВ ОБЗОР.

КАЛИЕВЫЕ КАНАЛЫ.

БАКТЕРИАЛЬНЫЙ КАНАЛ КСБА

НАТРИЕВЫЕ КАНАЛЫ

БАКТЕРИОРОДОПСИН.

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ

ПОТЕНЦИАЛЗАВИСИМЫХ ИОННЫХ КАНАЛОВ

АКТИВАЦИЯ ПОТЕНЦИАЛЗАВИСИМЫХ КАНАЛОВ.

ГЛАВА II
КВАНТОВОХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ.
БАЗИСНЫЕ РЯДЫ ОРБИТАЛЕЙ
ТЕОРИЯ ФУНКЦИОНАЛА ПЛОТНОСТИ.
ПОВЕРХНОСТЬ ПОТЕНЦИАЛЬНОЙ ЭНЕРГИИ
ТОЧНОСТЬ КВАНТОВОХИМИЧЕСКИХ РАСЧЕТОВ
И ВРЕМЕННЫЕ ЗАТРАТЫ
ГЛАВА III
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПЕРЕНОСА ПРОТОНА
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ.
ВЫВОДЫ.
ГЛАВА IV
МОДЕЛЬ АКТИВАЦИИ ПОТЕНЦИАЛЗАВИСИМЫХ ИОННЫХ
КАНАЛОВ.
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СИСТЕМЫ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Ходжкин и Хакслей установили, что деполяризация мембраны приводит к быстрому увеличению проводимости ионов натрия и медленному нарастанию проводимости ионов калия . Для описания наблюдаемой зависимости они предложили модель, в которой потенциалзависимые натриевые и калиевые каналы открываются в результате изменения потенциала мембраны. Дальнейшее молекулярное изучение этих структур показало, что они и подобные им каналы формируют суперсемейство белковых макромолекул с большим числом общих структурных особенностей. Это так называемое 4ссмейство ионных каналов, предназначенных для передачи электрических сигналов. Надо отметить, что не все члены этого семейства открываются только изменением мембранного потенциала ,. К настоящему времени известно множество семейств ионных каналов 1 и их число постоянно растет, так как каждый год происходят открытия новых видов ионных каналов. Все они значительно различаются по способу инициации открывания и закрывания. Так, например, одни каналы открываются под воздействием определенных химических элементов, тогда как другие под влиянием изменения мембранного потенциала или значения среды ,. Структурно канал представляет собой интегральный белок или гликопротеид, находящийся в липидном слое биомембраны. В пространстве каналы формируются в виде тетрамеров из идентичных или сходных субъединиц, ранжированных в четырехстороннюю симметрию вокруг заполненной водой ионпроводящей поры. Общим для всех субъединиц ионного канала является структурная сердцевина, состоящая из нескольких трансмембранных спиралей . Установлено, что каналы одного семейства обладают сигнатурной последовательностью между двумя Стерминальными трансмембранными спиралями ТМхТУОУС приведена аббревиатура с использованием однобуквенного аминокислотного кода . Стерминальная трансмембранная спираль и сигнатурная последовательность формируют большую часть водной поры и поэтому несут структурные детерминанты высокой ионной избирательности, присущей большинству ионных каналов . Самая узкая часть поры, названная фильтр избирательности, диаметром в 3 А, представляет собой трубку, начинающуюся на внеклеточной стороне белка и распространяющуюся в плоскости мембраны на А. Стенка этой структуры не заряженна, но высоко гидрофильна и выстлана двенадцатью карбонными группами по три от каждой субъединицы. Пора затем расширяется до А и образует сферическую, заполненную водой полость примерно на полпути через мембрану . В каждом домене существует от 2 до 8 трансмембранных сегментов, которые, повидимому, являются агеликсами . И как полагают, движение именно этих положительных зарядов ответственно за чувствительность канала к изменению потенциала мембраны. В дополнение к вышеупомянутым принципиальным субъединицам, которые формируют пору канала, у представителей Б4 семейства также встречаются и вспомогательные субъединицы . Ку и 2трансмембранные геликсы Кг субтипы калиевых каналов . На рисунке 1 схематически изображена мембранная топология и особенности Ку 1а и Кг 1Ь каналов. Для обоих этих классов характерно наличие в структуре нескольких трансмембранных доменов эти домены имеют название от до Б6 для Ку типа каналов и М1, М2 для КГ типа, которые формируют внутреннюю пору канала и так называемой Рпетли Р1оор. Ы и Стерминальные остатки для каналов обоих типов являются внутриклеточными. В Ку каналах первые четыре трансмембранных сегмента, , формируют модуль, который контролирует открывание и закрывание поры. Первые три из этих сегментов, как установлено в , являются спиральными почти по всей своей длине и локализованы на подверженной действию липидов периферии встроенного в мембрану комплекса. Четвертый трансмембранный сегмент, Б4, который не подвергается воздействию липидов и образует чувствительный к напряжению элемент для этих каналов. Б4 последовательности обнаруживаются также в некоторых классах каналов, которые имеют низкую или не имеют вовсе потенциалзависимую пропускную способность. Например каналы, контролируемые циклическими нуклеотидами.