Selectivity Mechanism of the Voltage-gated Proton Channel, HV1.
Selectivity Mechanism of the Voltage-gated Proton Channel, HV1.
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电源门控质子通道HV1的选择性机制。
DOI：
10.1038/srep10320
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发表时间：
2015-05-08
影响因子：
4.6
通讯作者：
Lim C
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Dudev T;Musset B;Morgan D;Cherny VV;Smith SM;Mazmanian K;DeCoursey TE;Lim C
电压门控质子通道 HV1 可触发甲藻中的生物发光，促进颗石藻的钙化，并在人类健康中发挥多种作用。由于质子浓度极小，因此质子相对于其他离子的精确选择性对于 HV1 功能至关重要。开放 HV1 通道的选择性需要选择性过滤器 (SF) 中靠近精氨酸的天冬氨酸，这是一个决定质子选择性的狭窄区域，但质子选择性的机制尚不清楚。在这里，我们使用简化的量子模型来阐明 Asp-Arg SF 如何选择质子但排除其他离子。 Asp 和 Arg 侧链连接到环形支架上，形成封闭孔的双齿氢键。引入 H3O+ 使 SF 质子化，破坏 Asp-Arg 连接并打开传导通路，而 Na+ 或 Cl- 被相反电荷的 SF 残基捕获，使连接保持完整，从而防止渗透。 Asp-Lys SF 的行为类似于 Asp-Arg SF，并且经实验验证具有质子选择性，正如预测的那样。因此，相互作用的酸性和碱性残基与水合氢形成有利的 AspH0–H2O0–Arg+ 相互作用，但与阴离子/阳离子形成不利的 Asp––X–/X+–Arg+ 相互作用。这种机制可能适用于其他参与生物能学、稳态和信号传导的质子选择性分子。
Voltage-gated proton channels, HV1, trigger bioluminescence in dinoflagellates, enable calcification in coccolithophores, and play multifarious roles in human health. Because the proton concentration is minuscule, exquisite selectivity for protons over other ions is critical to HV1 function. The selectivity of the open HV1 channel requires an aspartate near an arginine in the selectivity filter (SF), a narrow region that dictates proton selectivity, but the mechanism of proton selectivity is unknown. Here we use a reduced quantum model to elucidate how the Asp–Arg SF selects protons but excludes other ions. Attached to a ring scaffold, the Asp and Arg side chains formed bidentate hydrogen bonds that occlude the pore. Introducing H3O+ protonated the SF, breaking the Asp–Arg linkage and opening the conduction pathway, whereas Na+ or Cl– was trapped by the SF residue of opposite charge, leaving the linkage intact, thus preventing permeation. An Asp–Lys SF behaved like the Asp–Arg one and was experimentally verified to be proton-selective, as predicted. Hence, interacting acidic and basic residues form favorable AspH0–H2O0–Arg+ interactions with hydronium but unfavorable Asp––X–/X+–Arg+ interactions with anions/cations. This proposed mechanism may apply to other proton-selective molecules engaged in bioenergetics, homeostasis, and signaling.
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10.1085/jgp.200910379
发表时间：
2010-07
期刊：
The Journal of general physiology
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--
作者：
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Fischer H