Las simulaciones por ordenador revelan el panorama energético de los canales iónicos

Cada célula de nuestro cuerpo está separada de su entorno por una bicapa de lípidos. Con el fin de mantener su función biológica y transducir señales, proteínas especiales, los llamados canales iónicos están empotrados en la membrana. Un grupo de investigadores han identificado un aminoácido clave (fenilalanina 114), el cual juega un papel esencial en el cierre y la apertura de esos canales de iones. Un cambio conformacional en la fenilalanina dispara la apertura de los canales.

Estas proteínas son altamente selectivas, pueden distinguir entre diferentes iones tales como sodio, potasio o cloruro y permite velocidades de flujo de iones de hasta 100 millones de iones por segundo. Estos interruptores moleculares regulan numerosas funciones corporales esenciales tales como la transducción de señales nerviosas, regulaciones del ritmo cardíaco o liberación de neurotransmisores. Pequeños cambios en la función, causados por el reemplazo de un solo aminoácido, pueden conllevar enfermedades severas como arritmias, migrañas, diabetes o cáncer.

Los canales iónicos son importantes dianas terapéuticas. El 10% de las actuales dianas farmacéuticas son canales iónicos. Una detallada comprensión de estas proteínas es por tanto esencial para desarrollar medicamentos con mejores perfiles de riesgo-beneficio. Una base importante para el desarrollo de medicamentos es un detallado conocimiento de los mecanismos funcionales de estos canales. Sin embargo, aún hay muchas cuestiones abiertas; específicamente el perfil de energía y la vía de apertura y cierre están lejos de ser entendidos.

Para ver a estas fascinantes proteínas trabajando, son necesarias las simulaciones de dinámica molecular. Con la ayuda del supercomputador del VSC, el panorama de energía libre de las compuertas de los canales iónicos ha podido ser investigado por primera vez. Los investigadores descubrieron que los estados de apertura y cierre de los canales están separados por dos barreras de energía de diferente altura. Sorprendentemente, la dinámica de un aminoácido específico, fenilalanina 114, está emparejado a la primera barrera más pequeña. Esta cadena lateral actúa como interruptor molecular para liberar el canal de su estado de cierre. Tras estos cambios locales, el canal se ve sometido a grandes reestructuraciones globales, llevando a un estado de apertura total. Esta segunda transición de un estado intermedio a un estado de poro completamente abierto es acompañado por una gran segunda barrera de energía.

Via Science Newsline