Energetics of Multi-Ion Conduction Pathways in Potassium Ion Channels.
Energetics of Multi-Ion Conduction Pathways in Potassium Ion Channels.
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DOI：
10.1021/ct4005933
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发表时间：
2013-11-12
影响因子：
5.5
通讯作者：
Sansom, Mark S. P.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Fowler, Philip W.;Abad, Enrique;Beckstein, Oliver;Sansom, Mark S. P.
钾离子通道在细胞膜上形成孔，允许钾离子通过，同时阻止钠离子通过。尽管有许多高分辨率的结构，但除了定性水平外，还不可能将其结构与其单分子功能联系起来。在过去的十年中，已经有一个协调一致的努力，使用分子动力学捕获的热力学和动力学的传导计算的平均力（PMF）的潜力。这些可以与电扩散理论结合使用，以预测特定离子通道的电导。在这里，我们计算7个独立的PMF，从而研究两个钾离子通道之间的差异，CHARMM CMAP力场校正的效果，以及该方法的灵敏度和重现性。热力学稳定的离子水配置的选择性过滤器可以从所有的自由能景观，但钾离子移动通过选择性过滤器的动力学障碍的高度，在几乎所有的情况下，太高，预测电导符合实验。这意味着目前预测钾离子通道的电导是不可行的，但其他更简单的通道可能更容易处理。
Potassium ion channels form pores in cell membranes, allowing potassium ions through while preventing the passage of sodium ions. Despite numerous high-resolution structures, it is not yet possible to relate their structure to their single molecule function other than at a qualitative level. Over the past decade, there has been a concerted effort using molecular dynamics to capture the thermodynamics and kinetics of conduction by calculating potentials of mean force (PMF). These can be used, in conjunction with the electro-diffusion theory, to predict the conductance of a specific ion channel. Here, we calculate seven independent PMFs, thereby studying the differences between two potassium ion channels, the effect of the CHARMM CMAP forcefield correction, and the sensitivity and reproducibility of the method. Thermodynamically stable ion–water configurations of the selectivity filter can be identified from all the free energy landscapes, but the heights of the kinetic barriers for potassium ions to move through the selectivity filter are, in nearly all cases, too high to predict conductances in line with experiment. This implies it is not currently feasible to predict the conductance of potassium ion channels, but other simpler channels may be more tractable.
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通讯作者：
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10.1073/pnas.1309452110
发表时间：
2013-07-09
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作者：
Chakrabarti, Nilmadhab;Ing, Christopher;Pomes, Regis
通讯作者：
Pomes, Regis