NaChBac 细菌钠离子通道中的量子化脱水与选择性决定因素

本文开发了一种离散静电/扩散模型，基于离子库仑阻塞（ICB）和量子化脱水（QD）来描述离子通道的选择性渗透。该模型已被应用于描述在细菌 NaChBac 钠离子通道及其部分突变体中测量到的选择性现象。本研究采用定点诱变和全细胞膜片钳技术，探讨了选择性过滤器（SF）处固定电荷值 $Q_f$ 如何影响价态选择性和同电荷选择性。新的 ICB/QD 模型预测，增加 ${Q_f}$ 会导致选择性序列向更大的离子尺寸和电荷偏移，该结果与当前实验及早期研究相符。将模型与实验数据进行比较，提供了证据表明 SF 处存在一个有效电荷 $Q_f^*$，其幅度小于与孤立蛋白质残基电荷相对应的标称 $Q_f$。此外，天冬氨酸和谷氨酸带电环的 $Q_f^*$ 不同，并且还取决于它们在 SF 内的位置。研究表明，受限空间内残基的质子化是显著降低 EEEE 环有效电荷的一个重要因素。根据反常摩尔分数效应（AMFE）实验推导出的 $Q_f^*$ 值与基于 ICB/QD 模型的预期高度吻合，并首次清晰展示了 Ca$^{2+}$ 传导中随固定电荷变化的预期 ICB 振荡现象。对 Ca$^{2+}$ 传导随 pH 值依赖关系的初步研究与该模型的预测一致。