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细胞需要在细胞膜中开口以与其环境进行交换

细胞需要在细胞膜中开口以与其环境进行交换。这些开口是可闭合的入口,其中信号以离子的形式传输。来自达姆施塔特工业大学膜生物物理系的私人讲师IndraSchröder博士,由Gerhard Thiel教授经营,对钾通道感兴趣。物理学家和初级研究小组负责人对这些微小的分子机器有着自己的看法。她对通过通道交换的生物信号并不感兴趣,而是对生物物理关闭机制感兴趣。施罗德想知道分子螺栓是什么样的以及它是如何工作的。

细胞需要在细胞膜中开口以与其环境进行交换

为此,物理学家使用非常基本的钾通道,以免使分析不必要地复杂化。她使用两个结构相似但开放概率不同的系统。一个通道几乎总是关闭,另一个通道几乎总是打开。两种途径均源自藻类病毒,但与高等生物的钾通道非常相似。施罗德在无细胞系统中工作,并将钾通道融入人造表面。“我们专注于关闭机制,并将钾通道的所有其他功能融合在一起,”Schröder说。“这是合法的,因为钾通道彼此都很相似。我们基本上都在制作原型,你可以称之为模型钾通道。”

氨基酸丝氨酸处于临界点

施罗德和她的博士生奥利弗·劳赫(Oliver Rauh)已经对两种钾通道进行了突变,并像卒子一样来回推动它们的各个部分。这使他们能够确定哪些氨基酸对低开放概率负责,哪些对高。具有低开放概率的钾通道在临界点处具有氨基酸丝氨酸。该氨基酸与远程氨基酸相互作用,迫使通道孔弯曲。该曲线将另一种氨基酸折叠成关闭隧道的运输路线。

对于具有高开放概率的钾通道,氨基酸丝氨酸被氨基酸甘氨酸取代。甘氨酸不会迫使通道孔弯曲,这意味着隧道也不会关闭。“因此,这两种病毒的钾通道的关闭机构仅由两个氨基酸,”施罗德解释说,“一个氨基酸酸关闭信道,另一个控制过程。分子动态模拟由我们的合作伙伴的斯忒藩卡斯特TU Dortmund已经证实了这一点。我们一直在期待一个更复杂的关闭机制。“

初级研究小组的负责人假设一些人类钾通道具有与两个病毒钾通道相同的螺栓,因为它们都具有两个关键氨基酸。Schröder的工作也与合成生物学有关,因为钾通道及其基本闭合机制可用于构建人造纳米传感器。Schröder参与的noMagic项目由欧洲研究理事会(ERC)资助,并通过人工制造的渠道操纵活细胞。

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