¿Los iones de potasio solo pasan a través del filtro de selectividad de un canal de potasio, o hay moléculas de agua entre los iones? Esta pregunta ha sido una fuente de controversia durante años. Investigadores dirigidos por el profesor Adam Lange de Leibniz-Forschungsinstitut für MolekularePharmakologie FMP en Berlín ahora ha sido capaz de demostrar que las moléculas de agua no migran conjuntamente a través del canal de potasio, ya que los experimentos se llevaron a cabo en las membranas celulares en condiciones naturales por primera vez, los investigadores tienen pruebas sólidas en sus manos.Su trabajo acaba de ser publicado en la revista Avances científicos .
Nuestras células necesitan iones de potasio, por ejemplo, para transmitir impulsos nerviosos o controlar la frecuencia cardíaca. Es por eso que prácticamente todas las células humanas, o para ser más precisos, la membrana de una célula, está equipada con canales de potasio.Los canales de potasio son de importancia fundamental para los procesos biológicos, e incluso los cambios más pequeños pueden dar lugar a enfermedades graves, las pequeñas moléculas de proteínas son el foco de los esfuerzos de investigación en todo el mundo. De hecho, en 2003, un investigador estadounidense recibió el Premio Nobel enQuímica para su aclaración de la estructura de los canales de potasio.
debate controvertido sobre dos mecanismos diferentes
Sin embargo, la cuestión de cómo el potasio realmente pasa a través del canal para atravesar la membrana celular, aún no estaba clara. Durante mucho tiempo, se supuso que cada ion de potasio era seguido por una molécula de agua y que los elementos se alineabanhacia arriba, como los eslabones de una cadena, y pasaron a través de la parte más estrecha del canal de potasio, el llamado filtro de selectividad, uno tras otro. Esto se basó en el hecho de que los iones de potasio están cargados positivamente y se repelen entre sí sin elmoléculas de agua intermedias. Sin embargo, este mecanismo fue cuestionado en 2014 por investigadores de Göttingen dirigidos por el profesor Bert de Groot: las simulaciones por computadora mostraron que no hay moléculas de agua en el filtro de selectividad de los canales de potasio. Sin embargo, esto no terminó el debate., se publicaron estudios adicionales que parecían respaldar el mecanismo anterior y aparentemente refutaron el nuevo.
Ahora los investigadores de la FMP en Berlín han aportado claridad al controvertido debate: el Dr. Carl Öster y Kitty Hendriks del grupo de investigación del profesor Adam Lange y otros colegas de la FMP pudieron mostrar por primera vez medianteLa espectroscopía de resonancia magnética nuclear RMN indica que los iones de potasio realmente migran a través de los canales de potasio sin moléculas de agua en el medio. Sus hallazgos muestran que los iones de potasio se colocan directamente uno detrás del otro y se empujan entre sí a través del canal de potasio, de abajo hacia arriba.
En condiciones naturales, el filtro de selectividad de los canales de potasio no contiene agua
"La tecnología que utilizamos nos permite observar las proteínas de membrana en las membranas celulares reales en condiciones naturales, por ejemplo, a temperatura ambiente o concentraciones fisiológicas de sal", explica Kitty Hendriks. "Por lo tanto, hemos podido demostrar que en estas condiciones allídefinitivamente no hay agua entre los iones de potasio en el filtro de selectividad "
Las primeras indicaciones de esto provienen de simulaciones por computadora y también hay datos cristalográficos de rayos X que sugieren la ausencia de moléculas de agua en el filtro de selectividad de los canales de potasio. "Sin embargo, estas investigaciones se realizaron en condiciones artificiales", enfatiza el Dr. CarlÖster: "Con nuestros datos complementarios obtenidos a través de la espectroscopía de RMN, ahora tenemos un argumento de peso pesado en la mano de que el mecanismo más nuevo es el correcto".
Los investigadores de FMP y sus colegas del Instituto Max Planck de Química Biofísica dirigido por el Prof. Bert de Groot, cuyas simulaciones de dinámica molecular asistidas por computadora también se incorporaron al estudio, han demostrado que no hay moléculas de agua entre los iones de potasio.
Progreso para la investigación
Un factor importante para dilucidar el mecanismo fue el hecho de que el FMP es uno de los principales centros mundiales para investigaciones espectroscópicas de RMN y está involucrado en el desarrollo continuo de esta compleja tecnología ". Hace cinco años, ciertamente no hubiéramos podidopara demostrar esto de esa manera, pero ahora hemos llegado a un punto en el que podemos responder efectivamente esta importante pregunta ", dijo el profesor Adam Lange, jefe del grupo de investigación que se centra en la investigación de proteínas de membrana, como los ionesañade: "Dado que los procesos en los canales de potasio son fundamentales para nuestra salud, nuestros resultados tienen una gran importancia que también se extiende más allá de la investigación básica".
El trabajo fue apoyado financieramente por el Consejo Europeo de Investigación como parte de una subvención ERC al Prof. Lange y por la Fundación Alemana de Investigación DFG; Grupo de Investigación 2518.
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Materiales proporcionado por Forschungsverbund Berlin . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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