ENERGETICS OF ION TRANSFER THROUGH SODIUM CHANNEL

Abstract

The crystal structure of the voltage-gated bacterial Nav channel obtained from Arcobacter butzleri fortunately [1]. Voltage-gated sodium channels are very important due to the onset of action potentials. Molecular dynamics modelling has been conducted to understand the structure-function relationship for this channel (as shown in figure 1). Using free energy methods, energetics of ion binding is studied and the binding energies and positions were obtained for Na+ ions in the filter. It has been known form the experimental data that Nav and
Cav channels are similar and Ca++ ions are permeating in the Nav channels. A potential of mean force calculation is performed for Ca++ ion through the channel axis of the Nav. As a result of this study we observed Ca++ ions have a higher binding affinity than that Na+. Based on these, we studied the potential of mean force for a Na+ ion in case of a Ca++ ion in the filter of the channel.

We concluded that if a single calcium ion binds to the specific location of the selectivity filter of the channel, it blocks sodium permeation through sodium channel by providing high energy barrier where the calcium locate in the selectivity filter.

Keywords

• -

SODYUM KANALINDA İYON TRANSFERİNİN ENERJİSİ

Abstract

Voltaj-kapılı bakteriyel Nav kanalının kristal yapısı Arcobacter butzleri’den alınmıstır [1]. Voltajkapılı sodyum kanalları aksiyon potansiyellerinin baslaması için çok önemlidir. Moleküler dinamik modelleme bu kanalın yapı-fonksiyon iliskisini anlamak için kullanılmıstır (Sekil 1’de gösterildi). Serbest enerji metodları kullanarak iyon bağlanmasının enerjisi çalısılmıs, Na+ iyonu için filtre içinde bağlanma pozisyonları ve bağlanma enerjileri elde edilmistir. Deneysel verilerden Nav kanalının Cav kanalına benzer olduğu bilinmekte ve Nav kanalında Ca++ iyonu geçtiği gözlenmektedir. Ca++ iyonunun Nav kanalında geçmesini anlamak için kanal filtresi boyunca Ca++ iyonu için Ortalama Kuvvet Potansiyel hesabı (PMF) yapılmıstır. Bu çalısma sonucunda Ca++ iyonunun Na+ iyonu ile karsılastırıldığında daha yüksek bir bağlanma afinitesine sahip olduğu gözlenmistir. Bunlardan yola çıkarak kanal fitresinde bir Ca++ iyonu varken Na+ iyonunun Ortalama Kuvvet Potaniyeli çalısılıldı.

Eğer tek bir kalsiyum iyonu kanalının seçici filtresinin belirli bir konumuna bağlanırsa, kalsiyumun bulunduğu bölgedeki enerji bariyerini yükselterek sodyum kanalı boyunca sodyum geçisini blokladığı sonucuna varıldı.

 

Keywords

• -

References

1. Payandeh, J., Scheuer, T., Zheng, N. and Catterall W. A., Nature, 475, 353-359, (2011)