En todas las células vivas, desde las bacterias de vida libre hasta las neuronas del cerebro humano, los conductos pequeños altamente especializados, conocidos como canales de potasio K +, son responsables del transporte selectivo y extremadamente rápido sin precedentes de iones K + a través de la membrana celular.Este mecanismo de transporte único de iones K + define el comportamiento funcional correcto de cada célula viva y, por extensión, controla eficazmente una gran variedad de procesos muy complejos como la actividad eléctrica normal de las neuronas cerebrales, el latido rítmico del corazón humano y el ritmo normal.respuesta inmune del cuerpo humano contra patógenos potencialmente mortales.
"La comprensión a nivel atómico, el proceso explotado por los canales de K + para catalizar el transporte altamente selectivo y muy rápido de iones de K + a través de la membrana celular ha cautivado a los biofísicos durante más de cinco décadas y sigue siendo una de las áreas más controvertidas deinvestigación ", dijo el profesor asociado Luis Cuello, Ph.D. del Texas Tech University Health Sciences Center TTUHSC.
Cuello y su equipo del Departamento de Fisiología Celular y Biofísica Molecular de TTUHSC completaron recientemente un estudio en el que intentaron capturar a resolución atómica una imagen / instantánea de una de las dos configuraciones ligadas a iones que parecen coexistir dentro del filtro de selectividad deCanal de K +. Los resultados del estudio, "Estructura, función y propiedades de unión de iones de un canal de K + estabilizado en la configuración de unión de iones 2,4", se publicaron en la edición del 5 de agosto de Actas de la Academia Nacional de Ciencias PNAS .La publicación es una de las series científicas multidisciplinarias más citadas del mundo que difunden investigaciones de vanguardia que abarcan las ciencias biológicas, físicas y sociales.
Cuello dijo que dos modelos mecanicistas competidores muy diferentes han tratado de explicar cómo los canales de K + logran una tasa de transporte de iones K + tan altamente selectiva. El primero, un modelo llamado canónico defendido en 2001 por el premio Nobel Roderick Mackinnon, MD, propone queEl agua y los iones K + cruzan la membrana celular en un solo archivo y de manera alternativa. El modelo de Mackinnon también propone que la región del canal que une los iones K + cuatro iones en total puede existir en dos configuraciones alternas de iones unidos: las configuraciones 1,3 es decir, KWKW y 2,4 iones es decir, WKWK.
Sin embargo, Cuello dijo que Bert de Groot, Ph.D., presentó un modelo en 2014 conocido como el mecanismo de activación directa que desafía al de Mackinnon. El modelo de Groot propone que cuatro iones K + dentro del filtro de selectividad del canalestablecen contacto directo entre sí mientras cruzan la membrana celular moviéndose en una sola fila sin aguas intermedias.
"Este tema de investigación ha resurgido como muy controvertido y requiere mayor atención desde un punto de vista nuevo y diferente", explicó Cuello. "Por lo tanto, hemos abordado este problema mediante la ingeniería de un canal mutante que podría aislar selectivamente a uno de lospropuso configuraciones ligadas a iones, lo que nos colocó en una posición única para proporcionar una respuesta sólida a una pregunta de larga data ".
Cuello dijo que su laboratorio ha proporcionado una sólida demostración experimental a favor del modelo canónico de Mackinnon mediante la ingeniería de un canal mutante que aísla selectivamente la configuración unida a iones 2,4 del filtro de selectividad de un canal de K +. Esto proporcionó al laboratorio de Cuelloun punto de vista para desarrollar una instantánea estructural que demuestre la existencia de una de las dos configuraciones ligadas a iones propuestas por el modelo canónico.
Cuello planteó la hipótesis de que si los cuatro iones de K + observados unidos a un filtro de selectividad de canal de K + son el resultado de la coexistencia de dos configuraciones alternas de unión de iones que ocurren igualmente es decir, 1,3 y 2,4, entonces debería serposible diseñar un canal mutante que sesgará el equilibrio entre las dos configuraciones y aislará selectivamente una de ellas.
"Hemos resuelto la estructura cristalina de dos canales de potasio mutantes, KcsA-G77A y G77C, que probaron con precisión nuestra hipótesis y nos permitieron tomar una fotografía con resolución atómica, por primera vez, de los 2,4Configuración ligada a iones del filtro de selectividad del canal de K + ", dijo Cuello." Estamos proponiendo que nuestros resultados experimentales estén demostrando que los iones de K + se mueven en un solo archivo, con moléculas de agua intervinientes, como lo propuso originalmente el Dr. Mackinnonen 2001."
Cuello le dio crédito a un pequeño grupo de científicos del Centro de Investigación de Proteínas de Membrana de TTUHSC y a sus colegas del Departamento de Fisiología Celular y Biofísica Molecular por trabajar con él para completar la investigación publicada.
"Cholpon Tilegenova, una estudiante de doctorado en mi laboratorio, fue la autora principal de este artículo de investigación ya que generó las estructuras cristalinas de muy alta resolución de los canales mutantes G77 como parte de su tesis doctoral",Cuello dijo. "Además, este trabajo no sería posible sin la invaluable participación de Marien Cortes, Nermina Jahovic, Emily Hardy, Parameswaran Hariharan y mi colega, el Dr. Lan Guan, quienes trabajaron muy duro en la caracterización funcional y termodinámica de estos mutantes.Por último, me gustaría conocer al Dr. Alain Labro, al Dr. Luis Reuss y al Dr. Guillermo Altenberg por su invaluable asesoramiento y pensamiento crítico durante la ejecución de este proyecto. "
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Materiales proporcionados por Centro de Ciencias de la Salud de la Universidad Tecnológica de Texas . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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