关于 KcsA 钾通道的选择性：渐近分析与计算
生物物理
2019-08-14 v1
摘要
钾(K)通道调节 K 离子穿过细胞膜的通量，并在许多生理功能中发挥重要作用。本研究考察 KcsA 钾通道，包括其选择性与电流-电压(IV)关系。采用修正的 Poisson-Nernst-Planck 系统，其中通过 Bikerman 模型计入尺寸效应，通过 Born 模型计入溶剂化能。解析地研究了 KcsA 对多种离子(K、Na、Cl、Ca 和 Ba)的选择性，并给出了浓度与电势的分布。选择性主要受通道滤器中永久负电荷及离子尺寸的影响。与 Na(或 Cl)相比，K 总是被选中，因为 Na 较小的离子尺寸导致更大的溶剂化能。在 K 与二价离子(Ca 和 Ba)之间，当滤器中的负电荷超过由离子尺寸决定的临界值时，选择性发生转变。这解释了二价离子为何能阻塞 KcsA 通道。通过解析、数值与混合方法研究分布与 IV 关系，并相互验证。结果展示了通道的选择性以及 IV 曲线的饱和现象。作为一阶近似，给出了一种解析计算 IV 关系的简单策略。数值方法可处理一般结构或参数，但也指出了纯数值模拟的局限与困难。混合方法最有效地提供 IV 关系以供比较。阐明了 IV 关系饱和的原因，且 IV 曲线与实验结果的分布和量级相符。
引用
@article{arxiv.1902.04634,
title = {On the selectivity of KcsA potassium channel: asymptotic analysis and computation},
author = {Zilong Song and Xiulei Cao and Tzyy-Leng Horng and Huaxiong Huang},
journal= {arXiv preprint arXiv:1902.04634},
year = {2019}
}