Антипортеры Na+/H+ обмениваются ионами натрия и протонами через клеточную мембрану, чтобы контролировать pH, концентрацию ионов и объем клетки, что связано с широким спектром заболеваний от сердечной недостаточности до аутизма. Теперь исследователи разрабатывают более быстрый антипортер Na+/H+ на основе моделирования.
Международная группа исследователей, доцент Кей-ити Окадзаки из Института молекулярных наук и группы профессоров Герхарда Хаммера и Вернера Кюльбрандта из Института биофизики Макса Планка, раскрыла механизм переноса ионов Na+/H+ архей. антипортер PaNhaP в атомных деталях с помощью моделирования молекулярной динамики. На основе моделирования они обнаружили пару остатков, которые служат воротами к сайту связывания ионов. Кроме того, они обнаружили, что мутация, ослабляющая ворота, делает переносчик в два раза быстрее, чем у дикого типа. Работа была опубликована в Nature Communications 15 апреля 2019 года.
«Было удивительно, что мутация делает транспортер быстрее, - говорит Окадзаки, - ускорение предполагает, что ворота уравновешивают конкурирующие требования точности и эффективности». Ворота были обнаружены с помощью моделирования, в котором они применили метод, называемый выборкой пути перехода, чтобы преодолеть огромный разрыв во времени между ионным обменом в секундном масштабе и моделированием в микросекундах. Моделирование зафиксировало события переноса ионов, что невозможно при обычном моделировании.
«Мы хотели бы понять принципы построения транспортеров, то, как они распознают свои субстраты и как контролируют скорость переноса, - говорит Оказаки, - это механистическое понимание может помочь в разработке лекарств для лечения заболеваний, связанных с переносчиками, в будущем."