Please use this identifier to cite or link to this item: http://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/58527
Title: โมเดลเชิงโครงสร้างเพื่อสำรวจกลไกการผ่านของไอออนในเมมเบรนโปรตีนแชนนัลจากข้อมูลอีพีอาร์สปินเลเบลิงและการจำลองในระดับโมเลกุล : รายงานวิจัย
Other Titles: Structure model for exploring the ion permeation mechanism in membrane protein channel based on EPR spin labeling data and molecular simulations
Authors: พรเทพ สมพรพิสุทธิ์
Email: Pornthep.S@Chula.ac.th
Other author: จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย. คณะวิทยาศาสตร์
Subjects: เมมเบรน (ชีววิทยา)
เมมเบรนแลกเปลี่ยนไอออน
เยื่อหุ้มเซลล์
ไอออน
Membrane proteins
Ion-permeable membranes
Cell membranes
Ions
Issue Date: 2558
Publisher: จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย
Abstract: เมมเบรนโปรตีนมีหน้าที่สำคัญในการคัดกรองและลำเลียงสารเข้า-ออกเซลล์ผ่านชั้นเมมเบรนฟอสโฟลิพิด การศึกษาโครงสร้างสามมิติของโปรตีนด้วยวิธีผลึกศาสตร์รังสีเอ็กซ์หรือนิวเคลียร์แมกเนติกส์เรโซแนนซ์เป็นวิธีที่ให้รายละเอียดทางโครงสร้างที่มีความถูกต้องสูง แต่ด้วยข้อจำกัดทางเทคนิคและความยากในการศึกษา การใช้เทคนิคสเปกโทรสโคปีอื่นๆ แม้ว่าจะให้ความละเอียดของข้อมูลเชิงโครงสร้างที่น้อยกว่า แต่เมื่อใช้ร่วมกับเทคนิคการออกแบบเชิงโมเลกุลจึงเป็นอีกทางเลือกหนึ่งในการศึกษาทางโครงสร้าง รายงานวิจัยนี้เสนอผลงานวิจัยจำนวนสองเรื่อง เรื่องที่หนึ่งนำเสนอผลงานวิจัยของการสร้างโมเดลเชิงโครงสร้างที่สภาวะพัก ของโดเมนรับรู้ทางศักย์ไฟฟ้าของโวเทจเกทโพแทสเซียมแชนนัล (KvAP-VSD) กับเรื่องที่สองนำเสนอผลงานวิจัยของการสร้างโมเดลเชิงโครงสร้างที่สภาวะเปิดของแมกนีเซียมแชนนัล การสร้างโมเดลเชิงโครงสร้างนี้ใช้ข้อมูลจากเทคนิคอีพีอาร์และการติดสปินที่ตำแหน่งจำเพาะต่างๆบนโปรตีนร่วมกับเทคนิคการออกแบบเชิงโมเลกุลด้วยวิธี PaDSAR ผลการศึกษาได้โครงสร้างที่สามารถอธิบายรูปแบบการเคลื่อนตัวของส่วนท่อนทรานสเมมเบรน S4 ของ KvAP-VSD และการเคลื่อนที่ประจุบวกของอาร์จินีนตำแหน่ง R120, R123, R126 และ R133 ผ่านบริเวณลิพิดไบเลเยอร์ในช่วงเกิดเมมเบรนดีโพลาไรเซชัน รวมทั้งพบการเปลี่ยนขนาดรอยแยกของ KvAP-VSD ที่น้ำแทรกเข้าไปอยู่ และการแลกเปลี่ยนคู่พันธะไฮโดรเจนของอาร์จินีนกับกรดอะมิโนประจุลบบนท่อนทรานสเมมเบรน S1, S2 และ S3 สำหรับผลการศึกษาโครงสร้างที่สภาวะเปิดของ CorA Mg2+ channel พบว่าปลายด้านสทอล์คเฮลิกส์ห้าเคลื่อนเข้าหาแกนสมมาตรและทำให้เกิดการขยายของโพรงและปากทางเข้าโพรงเปิดกว้างขึ้น การคำนวณแรงระหว่างประจุด้วยทฤษฎีปัวซอง-โบลทซ์มานแสดงให้เห็นถึงกำแพงพลังงานที่ใช้ในการเคลื่อนที่ของ Mg2+ บริเวณทางผ่านของไอออนในสภาวะคอนฟอร์เมชันปิดลดลงอย่างชัดเจนในสภาวะเปิด
Other Abstract: Membrane proteins play an important role for screening and transporting molecules or ions across phospholipid membrane. Structure determination by x-ray crystallography or nuclear magnetic resonance is the method that provides detailed structure with high-resolution and accuracy. However, it has technical difficulty and limitation. Other lower resolution spectroscopic techniques combined with molecular modeling techniques are therefore powerful and alternative for the study. To gain further insight into the gating mechanisms, this report presents structure models of two proteins: voltage sensor domain of voltage-gated potassium channel (KvAP-VSD) at resting state and open conformation of magnesium channel. These structure models were built using a special molecular modeling tool called PaDSAR designed for using information from site-directed spin labeling and EPR techniques: The results illustrated the transmembrane motion of S4 of KvaP-VSD and the displacement of positively charged arginines including: R120, R123, R126 and R133 within lipid bilayer during membrane depolarization. This results in changes in water-filled crevice within voltage sensor core and changes in salt-bridge hydrogen bonding between S4 arginines and negatively charge residues on S1, S2 and S3. The structure model of an open conformation of CorA Mg2+ channel demonstrated the tips of the stalk helices come together towards the axis of symmetry and translate into an expansion of the cavity and the mouth of the pore. Poisson-Boltzmann electrostatic calculation shows that a large energy barriers impedes the movement of Mg2+ through the permeation pathway in the closed conformation are alleviated in the open conformation.
URI: http://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/58527
Type: Technical Report
Appears in Collections:Sci - Research Reports

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Pornthep So_b21470479.pdf2.75 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.