真核生物イオンチャネルの進化：ca²inectiveのna-選択的チャネルへの変換の根底にある原理

選択性フィルター（開いた細孔の最も狭い領域）によって制御される4ドメイン電圧依存Ca（2+）およびNa（+）チャネルのイオン選択性は、電気シグナル伝達に不可欠です。数十億年にわたる進化の進化に、Ca（2+）のEEEE/DEEA選択性フィルターにおけるドメインII/IIIからのGLUの変異 - Lysへの選択的チャネルにより、これらのチャネルがNa（+） - 選択的になりました。LysがNa（+）選択性に十分である理由と、DKEA選択性フィルターがNa（+）が少ない理由 - Deka 1よりも選択的であり、魅力的で根本的な質問です。モデル選択性フィルター内のCa（2+）をNa（+）に置き換えるための自由エネルギーを計算することにより、DKEA/DEKA選択性フィルターの非金属ライジングLysは、溶媒和効果が支配的になり、Na（+）を支持する程度まで金属タンパク質相互作用を減衰させることがわかります。Dekaの孔を収縮させ、硬直させてNa（+）を最適に結合し、Ca（2+）を超えるNa（+）の選択性において、その静電的役割に加えて、リジンの非自明な構造的役割の重要性を強調します。

Ion selectivity of four-domain voltage-gated Ca(2+) and Na(+) channels, which is controlled by the selectivity filter (the narrowest region of an open pore), is crucial for electrical signaling. Over billions of years of evolution, mutation of the Glu from domain II/III in the EEEE/DEEA selectivity filters of Ca(2+)-selective channels to Lys made these channels Na(+)-selective. Why Lys is sufficient for Na(+) selectivity and why the DKEA selectivity filter is less Na(+)-selective than the DEKA one are intriguing, fundamental questions. By computing the free energy for replacing Ca(2+) inside model selectivity filters with Na(+), we find that the nonmetal-ligating Lys in the DKEA/DEKA selectivity filter attenuates metal-protein interactions to such an extent that solvation effects become dominant, favoring Na(+). It constricts and rigidifies the DEKA pore to bind Na(+) optimally, highlighting the importance of lysine's nonobvious structural role, in addition to its electrostatic role, in the selectivity of Na(+) over Ca(2+).