Theoretische Studien der Ionenpermeation in Kaliumkanälen

• Antragsteller: Dr. Bernhard Egwolf
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2006 bis 2009
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 24839148

Kaliumkanäle sind Membranproteine. Ihre physiologische Funktion ist die einer hoch selektiven Pore, welche die Diffusion von Kaliumionen durch eine Zellmembran unterstützt und reguliert. Die geplanten theoretischen Studien konzentrieren sich auf den experimentell gut charakterisierten KcsA-Kanal und einige seiner grundlegenden Eigenschaften. Um neue Erkenntnisse in seinen Selektivitätsmechanismus zu erhalten, wird die Freie-Energie-Landschaft für ein unerwünschtes Natriumion berechnet, das von der extrazellulären Seite der Membran in den Selektivitätsfilter des KcsA-Kanals eindringt und, unter dem Einfluss der dort vorhandenen Kaliumionen, zur intrazellulären Seite wandert. Dazu wird eine umfangreiche Serie von Molekulardynamiksimulationen mit Zusatzpotential durchgeführt. Der Einfluss von elektrostatischen Effekten sowie der Porengeometrie auf den Eintrittswiderstand und die Leitfähigkeit von Kaliumkanälen wird mit Hilfe von Modellstrukturen des KcsA- und des MaxiK-Kanals im offenen Zustand studiert, indem die zugehörigen Ionenflüsse berechnet und verglichen werden. Dazu wird ein Algorithmus erweitert und verwendet, der auf großkanonischer Monte-Carlo- und Brownscher Dynamik basiert.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Dr. Benoit Roux