La maggior parte dei canali ionici sono molto selettivi riguardo agli ioni che possono o meno attraversarli. Possono essere conduttivi per gli ioni di potassio e non conduttivi per gli ioni di sodio, o vice versa. Però, un certo numero di canali ionici consente il passaggio efficiente di entrambi i tipi di ioni. In che modo queste proteine ​​canale lo realizzano? Un team di scienziati intorno al Dr. Han Sun e il gruppo di ricerca del professor Adam Lange presso il Leibniz-Forschungsinstitut für Molekulare Pharmakologie (FMP) hanno trovato la risposta a questa domanda.

Il loro studio ha rivelato differenze strutturali e dinamiche tra canali ionici selettivi e non selettivi. Gli scienziati hanno descritto le loro scoperte e conclusioni sulla rivista Comunicazioni sulla natura . Nei canali non selettivi, il filtro di selettività presenta dinamiche notevoli non presenti nei canali selettivi. Il filtro di selettività dei canali ionici non selettivi può esistere in due diverse forme. A seconda dello stato del filtro di selettività, può passare l'uno o l'altro tipo di ione.

I canali ionici svolgono un ruolo importante negli organismi. Per esempio, i canali ionici sono in azione quando l'organismo registra gli stimoli e trasmette le informazioni al cervello sotto forma di segnali elettrici. Durante questa trasmissione del segnale, gli atomi carichi (ioni) devono entrare ed uscire dalle cellule coinvolte. Gli ioni non possono permeare le membrane cellulari lipofile. Anziché, passano attraverso i canali proteici nelle membrane cellulari.

In molti casi, i canali ionici consentono il passaggio di un solo specifico tipo ionico, cioè possono essere conduttivi per il potassio ma non per gli ioni sodio o viceversa. Il filtro di selettività che è la parte più stretta del canale è responsabile di questa discriminazione ionica. Però, il canale NaK consente il passaggio degli ioni sodio e potassio. Era al centro del presente studio degli scienziati FMP intorno al Dr. Han Sun e al Professor Adam Lange insieme ai colleghi di Göttingen (Germania) e Hefei (Cina).

I canali ionici non selettivi sono molto importanti in medicina.

Fino ad ora, è rimasto controverso il motivo per cui i canali NaK consentono il passaggio di ioni sodio e potassio. Il professor Adam Lange spiega:"Mentre le immagini cristallografiche a raggi X ci hanno mostrato la struttura tridimensionale del canale, è stato difficile spiegare perché questo canale è conduttivo a due diversi tipi di ioni con un'efficienza altrettanto elevata. Questo è stato particolarmente difficile da capire perché la sequenza e la struttura 3-D del filtro di selettività sono simili a quelle dei canali selettivi del potassio".

Lo scienziato Dr. Han Sun ha aggiunto che questo è un sistema modello per molti altri canali ionici non selettivi nel corpo umano. In tale contesto, i canali ciclici dipendenti da nucleotidi e attivati ​​dall'iperpolarizzazione (canali CNG e HCN) sono rilevanti dal punto di vista medico e fisiologico. "Sappiamo che i canali CNG sono importanti per la vista e l'olfatto. I canali HCN disfunzionali sono implicati in varie malattie neurologiche come l'epilessia o l'autismo".

Ioni specifici preferiscono strutture di canale specifiche

Gli scienziati hanno utilizzato una combinazione di spettroscopia di risonanza magnetica nucleare (NMR) e simulazioni di dinamica molecolare assistite da computer. I risultati hanno rivelato che il filtro di selettività del canale NaK cambia dinamicamente tra due strutture. Ogni struttura è conduttiva per uno dei due tipi di ioni. Il dottor Han Sun dice, "Sorprendentemente, le simulazioni al computer hanno mostrato che gli ioni potassio che passano attraverso il canale NaK preferiscono la struttura di un canale selettivo del potassio, mentre il meccanismo del passaggio degli ioni sodio è simile al passaggio degli ioni sodio attraverso un canale ionico sodio selettivo." Fino ad ora, i ricercatori ritenevano che la struttura del filtro di selettività fosse la stessa per il trasporto di ioni sodio e potassio attraverso il canale NaK.

Per raccogliere ulteriori prove del ruolo cruciale della struttura dinamica del filtro di selettività NaK, gli scienziati hanno sperimentato un canale NaK mutato (mutazione a doppio punto NaK2K). Questo canale NaK mutato è conduttivo solo per gli ioni potassio. Il professor Adam Lange fornisce un resoconto dei risultati:"Le nostre indagini NMR hanno rivelato chiaramente che il filtro di selettività di questo canale forma solo un'unica struttura".