研究表明水分子不会通过钾通道共迁移

只有钾离子通过钾通道的选择性过滤器，或者离子之间是否有水分子?这个问题多年来一直引起争议。来自柏林Leibniz-ForschungsinstitutfürMolekularePharmakologie(FMP)的Adam Lange教授领导的研究人员现已能够证明水分子不会通过钾通道共迁移。由于实验是在自然条件下首次在细胞膜上进行，研究人员手中有很强的证明。他们的工作刚刚发表在“科学进步”杂志上。

我们的细胞需要钾离子，例如传递神经冲动或控制心率。这就是为什么几乎每个人体细胞 - 或更确切地说，细胞膜 - 都配备了钾通道。因为钾通道对生物过程至关重要，即使最微小的变化也会导致严重的疾病，微小的蛋白质分子是全世界研究工作的焦点。实际上，2003年，一位美国研究人员因阐明钾通道的结构而被授予诺贝尔化学奖。

关于两种不同机制的争议性辩论

然而，钾如何实际穿过通道以穿过细胞膜的问题仍然不清楚。长期以来，人们认为每个钾离子后面都是一个水分子，然后这些元素排成一列，就像链条中的链接一样，并通过钾通道的最窄部分，即所谓的选择性过滤器，一个接一个地。这是基于钾离子带正电荷并且在没有中间水分子的情况下彼此排斥的事实。然而，这一机制在2014年受到Bert de Groot教授领导的哥廷根研究人员的质疑：计算机模拟显示钾通道的选择性过滤器中没有水分子。然而，这并没有结束辩论。随后，

现在，来自柏林FMP的研究人员已经清楚地讨论了有争议的争论：Adam Lange教授研究小组的Carlöster和Kitty Hendriks博士以及FMP的其他同事能够首次通过固态核展示磁共振(NMR)光谱，钾离子实际上通过钾通道迁移，其间没有水分子。他们的研究结果表明，钾离子直接位于彼此后面，并从底部到顶部相互推动通过钾通道。

在自然条件下，钾通道的选择性过滤器不含水

我们使用的技术使我们能够在自然条件下观察真实细胞膜中的膜蛋白，例如在室温或生理盐浓度下。因此，我们已经能够证明，在这些条件下，选择性过滤器中的钾离子之间肯定没有水。“

第一个迹象来自计算机模拟，并且还有X射线晶体学数据表明钾通道的选择性过滤器中不存在水分子。“然而，这些调查是在人工条件下进行的，”Carlöster博士强调说。“通过核磁共振光谱学获得的补充数据，我们现在有一个重要的论点，即新的机制是正确的。”

由Bert de Groot教授领导的马克斯普朗克生物物理化学研究所的FMP研究人员和他们的同事，他们的计算机辅助分子动力学模拟也被纳入研究，已经证明钾离子之间没有水分子。

研究进展

阐明该机制的一个重要因素是FMP是世界领先的核磁共振光谱研究中心之一，并参与了这一复杂技术的持续进一步发展。“五年前，我们当然不可能以这种方式证明这一点，但现在我们已经达到了能够有效回答这个重要问题的程度，”研究组负责人亚当·兰格教授说。专注于膜蛋白的研究，如离子通道。他补充说：“由于钾通道的过程是我们健康的基础，我们的结果具有重要意义，也超越了基础研究。”

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