分子动力学模拟揭示细菌氟离子通道Fluc的双孔不对称转运机制及中心钠离子的动态耦联作用

《Nature Communications》：Asymmetry-induced distinct mechanisms and the transporting role of sodium in bacterial fluoride channel Fluc

　　

摘要

细菌氟离子通道（Fluc）以极高的速率传导氟离子，同时展现出极其优异的选择性，这是阴离子转运体中一种罕见的特性。Fluc通过反平行同源二聚体组装形成两个不对称的离子传导孔，并容纳一个功能先前尚不明确的中心结合钠离子。尽管已有大量的结构表征研究，但Fluc双孔不对称性、转运效率以及钠离子参与作用的分子基础仍未得到阐明。在本研究中，我们在电生理条件下进行了长时间尺度的分子动力学模拟，并结合马尔可夫状态建模，揭示了氟离子转运的机制。我们的结果支持一种机制模型，即结构不对称性驱动了两种不同但共存共存的转运机制，其中孔I通过"通道-转运体"机制运作，而孔II则遵循多离子机制。我们进一步提出，中心钠离子作为氟离子转运的动态辅助因子，其纵向振荡与氟离子在孔中的运动方式依孔依赖性地进行耦联。