發(fā)布時(shí)間：2017-10-09 19:30

  本文關(guān)鍵詞：電壓門控鈉離子通道離子選擇性機(jī)理研究

  更多相關(guān)文章： 電壓門控鈉離子通道 滲透機(jī)制 離子選擇性 分子動(dòng)力學(xué)模擬

【摘要】：電壓門控鈉離子通道是電壓門控離子通道超家族的成員,在哺乳動(dòng)物神經(jīng)信號(hào)傳導(dǎo)過(guò)程中具有重要作用。電壓門控鈉離子通道的突變和功能異常與人類許多重大疾病相關(guān)。細(xì)菌中的電壓門控鈉離子通道與哺乳動(dòng)物中的鈉通道同源性很高,其晶體結(jié)構(gòu)的解析為我們從分子水平上研究鈉通道功能提供了可能。本論文從海洋細(xì)菌鈉通道NavRh的晶體結(jié)構(gòu)出發(fā),通過(guò)分子動(dòng)力學(xué)模擬的方法研究電壓門控鈉離子通道的滲透機(jī)制和離子選擇性的分子機(jī)理。本論文首先分別對(duì)鈉、鈣、鉀離子通過(guò)NavRh選擇性過(guò)濾器進(jìn)行了平衡模擬和自由能計(jì)算,確定了鈉離子在選擇性過(guò)濾器中有兩個(gè)結(jié)合位點(diǎn),胞外側(cè)的第一個(gè)位點(diǎn)位于谷氨酸183和絲氨酸181之間,離子與它們的側(cè)鏈相互作用。第二個(gè)位點(diǎn)位于異亮氨酸179和蘇氨酸178之間,離子與它們的主鏈羰基相互作用。鈉離子以非對(duì)稱的結(jié)合方式通過(guò)選擇性過(guò)濾器。鈣離子通過(guò)選擇性過(guò)濾器的能壘很高,只有在濃度很高的情況下能偶爾通過(guò)。鈣離子很容易結(jié)合谷氨酸183占據(jù)胞外側(cè)的第一個(gè)位點(diǎn),阻礙鈉離子的通過(guò)。鉀離子在選擇性過(guò)濾器中的結(jié)合位點(diǎn)與鈉離子基本一致。能量計(jì)算表明野生型NavRh選擇性過(guò)濾器中的兩個(gè)結(jié)合位點(diǎn)都具有較弱的鈉離子選擇性。前人的突變研究結(jié)果顯示,哺乳動(dòng)物電壓門控鈉離子通道的選擇性主要由選擇性過(guò)濾器中幾個(gè)關(guān)鍵的氨基酸賴氨酸、天冬氨酸和谷氨酸殘基決定。這幾個(gè)關(guān)鍵氨基酸位于選擇性過(guò)濾器的狹窄部位,對(duì)應(yīng)于原核同源四聚體鈉通道NavRh中四個(gè)絲氨酸180的位置。哺乳動(dòng)物鈉通道的鈉/鉀離子選擇性需要賴氨酸的存在和至少一個(gè)帶羧基的氨基酸的參與。盡管這幾個(gè)殘基對(duì)選擇性非常重要,但在我們之前尚沒(méi)有從晶體結(jié)構(gòu)出發(fā)的相關(guān)模擬研究。我們構(gòu)建了NavRh的DEKA突變體并進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)在DEKA位置存在一個(gè)對(duì)鈉離子選擇性很高的位點(diǎn),并揭示了賴氨酸、天冬氨酸和谷氨酸殘基在鈉/鉀離子選擇性中分別起到的作用。
【關(guān)鍵詞】：電壓門控鈉離子通道 滲透機(jī)制 離子選擇性 分子動(dòng)力學(xué)模擬
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：Q25
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 主要符號(hào)對(duì)照表9-10
• 第1章 引言10-44
• 1.1 膜電位與離子通道11-15
• 1.1.1 膜電位11-13
• 1.1.2 動(dòng)作電位的產(chǎn)生與傳導(dǎo)13-15
• 1.1.3 電壓門控離子通道15
• 1.2 電壓門控鈉離子通道概述15-21
• 1.2.1 電壓門控鈉離子通道的發(fā)現(xiàn)15-17
• 1.2.2 電壓門控鈉離子通道的進(jìn)化17-20
• 1.2.3 電壓門控鈉離子通道的分類20-21
• 1.2.4 細(xì)菌電壓門控鈉離子通道的發(fā)現(xiàn)21
• 1.3 電壓門控離子通道的晶體結(jié)構(gòu)21-29
• 1.3.1 鉀離子通道的晶體結(jié)構(gòu)21-22
• 1.3.2 電壓門控鈉離子通道的晶體結(jié)構(gòu)22-29
• 1.4 電壓門控離子通道的功能研究29-40
• 1.4.1 鉀離子通道離子選擇性29-31
• 1.4.2 鈉離子通道離子選擇性31-34
• 1.4.3 鈣離子通道離子選擇性34-35
• 1.4.4 電壓感應(yīng)機(jī)制35-37
• 1.4.5 失活機(jī)制37-39
• 1.4.6 細(xì)菌電壓門控鈉離子通道的功能39-40
• 1.5 電壓門控鈉離子通道相關(guān)的疾病與藥物40-42
• 1.5.1 電壓門控鈉離子通道相關(guān)疾病40-41
• 1.5.2 電壓門控鈉離子通道相關(guān)藥物41-42
• 1.6 本文的研究方法與研究意義42-44
• 第2章 材料與方法44-47
• 2.1 模型建立44
• 2.2 參數(shù)設(shè)置44
• 2.3 實(shí)驗(yàn)方法44-47
• 2.3.1 NAMD簡(jiǎn)介44-45
• 2.3.2 自適應(yīng)偏置力方法45-46
• 2.3.3 自由能微擾46-47
• 第3章 Na_vRh選擇性過(guò)濾器對(duì)Na~+/Ca~(2+)選擇性研究47-72
• 3.1 引言47
• 3.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容47-54
• 3.2.1 系統(tǒng)構(gòu)建47-48
• 3.2.2 平衡模擬48-51
• 3.2.3 ABF實(shí)驗(yàn)51
• 3.2.4 FEP實(shí)驗(yàn)51-53
• 3.2.5 水合數(shù)分析53-54
• 3.3 結(jié)果與討論54-71
• 3.3.1 Na~+結(jié)合位點(diǎn)54-60
• 3.3.2 Ca~(2+)結(jié)合在Site 1 阻礙Na~+的通過(guò)60-64
• 3.3.3 Ca~(2+)與Na~+在Site 2 結(jié)合方式不同64-68
• 3.3.4 Na~+的通過(guò)方式是不對(duì)稱的68-71
• 3.4 小結(jié)71-72
• 第4章 Na_vRh選擇性過(guò)濾器及其真核突變體對(duì)Na~+/K~+選擇性研究72-100
• 4.1 引言72
• 4.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容72-79
• 4.2.1 系統(tǒng)構(gòu)建72-73
• 4.2.2 平衡模擬73-75
• 4.2.3 ABF實(shí)驗(yàn)75-76
• 4.2.4 FEP實(shí)驗(yàn)76-79
• 4.2.5 配位數(shù)分析79
• 4.3 結(jié)果與討論79-99
• 4.3.1 WT-Na_vRh選擇性過(guò)濾器具有弱Na~+/K~+選擇性79-82
• 4.3.2 構(gòu)建DEKA突變體作為哺乳動(dòng)物鈉通道模型82-83
• 4.3.3 DEKA突變體選擇性過(guò)濾器中Lys的構(gòu)象83-86
• 4.3.4 Na~+、K~+通過(guò)DEKA突變體選擇性過(guò)濾器86-89
• 4.3.5 Na~+/K~+選擇性89-91
• 4.3.6 Na~+、K~+在Site HFS位點(diǎn)選擇性產(chǎn)生原因91-92
• 4.3.7 Lys的作用92-95
• 4.3.8 Asp/Glu的作用95-99
• 4.4 小結(jié)99-100
• 第5章 討論與展望100-105
• 5.1 討論100-102
• 5.1.1 Na_vRh選擇性過(guò)濾器滲透Na~+和Ca~(2+)的模型100-101
• 5.1.2 哺乳動(dòng)物Nav通道選擇性過(guò)濾器滲透Na~+和K~+的模型101-102
• 5.1.3 本文中模擬實(shí)驗(yàn)的局限性102
• 5.2 待解決的問(wèn)題102-104
• 5.2.1 哺乳動(dòng)物Cav通道選擇Ca~(2+)的機(jī)理102-103
• 5.2.2 哺乳動(dòng)物Nav通道Site 1 的結(jié)合方式103-104
• 5.2.3 Lys的其他突變喪失Na~+/K~+選擇性的機(jī)理104
• 5.2.4 基于開(kāi)放構(gòu)象NavMs的模擬研究104
• 5.3 前景與展望104-105
• 參考文獻(xiàn)105-121
• 致謝121-123
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果123

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前8條

1 馬忠明,趙凱,錢偉玨,鄭筱祥;組織胺敏感離子選擇性微電極及其應(yīng)用[J];分析化學(xué);1997年07期

2 吳芯芯，趙平三，漆德瑤;鉀離子選擇性液膜超微電極的研制[J];上海大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);1995年03期

3 張瑞;金根娣;胡效亞;;鈷膜修飾碳纖維離子選擇性微電極測(cè)定H_2PO_4~-[J];揚(yáng)州大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2009年02期

4 王周成,張瀛洲,周紹民,辜志俊,張志剛,蘇方騰;A3鋼在離子選擇性涂層下的腐蝕電化學(xué)行為[J];廈門大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);1997年03期

5 陳俊強(qiáng),何淑舫,許京懷;氫離子選擇性微電極細(xì)胞內(nèi)pH測(cè)量系統(tǒng)的研制[J];生理學(xué)報(bào);1991年06期

6 康秀文，，姚興明;關(guān)于混合離子選擇性滴定的適宜pH范圍及最佳pH值的討論[J];天津師大學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);1996年03期

7 張寶民;康吉成;劉永新;;應(yīng)用離子選擇性電極法測(cè)定深井水F~-濃度的實(shí)驗(yàn)[J];華北地震科學(xué);1987年S1期

8 ;[J];;年期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前4條

1 張輝;施玉j;;半夏凝集素通道的陽(yáng)離子選擇性[A];中國(guó)細(xì)胞生物學(xué)學(xué)會(huì)第五次會(huì)議論文摘要匯編[C];1992年

2 王新龍;秦超;王恩波;許林;;具有一維隧道的的鑭系有機(jī)開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)的合成,結(jié)構(gòu)和Zn離子選擇性探究[A];第五屆全國(guó)稀土發(fā)光材料學(xué)術(shù)研討會(huì)論文摘要集[C];2005年

3 顧衛(wèi)武;;離子選擇性膜電極臨床使用現(xiàn)狀[A];海峽兩岸醫(yī)療儀器學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];1995年

4 杜志平;王俊偉;王萬(wàn)緒;陸用海;;一種新型陰離子表面活性劑離子選擇電極的制備與應(yīng)用[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第十二屆膠體與界面化學(xué)會(huì)議論文摘要集[C];2009年

中國(guó)重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 生命學(xué)院;楊茂君研究組在PNAS雜志發(fā)表論文[N];新清華;2012年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 夏夢(mèng)蝶;電壓門控鈉離子通道離子選擇性機(jī)理研究[D];清華大學(xué);2015年

2 葛亮;單價(jià)陽(yáng)離子選擇性分離膜的制備與表征[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2014年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前3條

1 劉必心;陰離子表面活性劑離子選擇性膜電極的研制與應(yīng)用[D];中國(guó)日用化學(xué)工業(yè)研究院;2008年

2 楊山虎;單苯并-12-冠-4的合成及對(duì)鋰離子選擇性研究[D];成都理工大學(xué);2012年

3 魏f

本文編號(hào)：1002011