Movement of potassium ions in channel KcsA using a molecular dynamics simulation = 분자 동역학을 이용한 칼륨 채널 KcsA 내부의 이온 움직임 분석

국문 초록 (Abstract)

전압에 의존하는 이온 채널은 이온 전도를 통해, 세포막 전압의 변화에 반응한다. 이러한 이온에는 나트륨, 칼륨 및 칼슘 이온 등이 포함된다. 또한 이온 채널은 신경과 근육의 활동에 기초가 되기 때문에 그 구조와 동역학을 관측하는 것이 생물학적으로 의미가 크다. 그 중 칼륨 채널의 단백질의 구조 및 이온이 주어진 환경에서 어떤 변화를 보이는지 확인하기 위하여 분자 동역학을 실시하였다. 이 방법은 칼륨 이온 채널에 대해 진행되었다. 본 논문에서는 특히 KcsA 채널의 움직임 및 내부 이온을 관측하였다. 이 연구에서 주어진 환경은 첫 째, 일반적인 체내 칼륨 농도 보다 2배로 높고 둘 째, 세포막에 전압을 인가하지 않았다. 이렇게 분자 동역학으로부터 얻어진 결과를 통해 실제 칼륨 이온 채널의 움직임을 예측하고 그 원동력을 자세히 알아볼 수 있다.

목차 (Table of Contents)

• I. Introduction 1
• I. 1. Protein 1
• I. 1.1. Protein and amino acids 1
• I. 2. Ion Channel 4
• I. 2.1. Ion Channel 4
• II. Methods 9
• II. 1. Molecular Dynamics Simulation 9
• II. 1.1. Force field 10
• II. 1.1.1. Bond stretching 13
• II. 1.1.2. Angle bending 13
• II. 1.1.3. Bond rotation 14
• II. 1.1.4. Non-bonded interaction 15
• II. 1.1.5. Particle Mesh Ewald 16
• II. 2. Molecular Dynamics Simulation and Ensemble 21
• II. 2.1. NVT ensemble 21
• II. 2.2. NPT ensemble 23
• II. 2.3. Verlet algorithm 24
• III. Results and Discussion 26
• III. 1. Movement of Potassium Ions inside KcsA 27
• III. 1.1. Structure of KcsA 27
• III. 1.2. RMSD of each helix 29
• III. 1.3. Distance between selectivity filter and potassium ion 33
• III. 1.4. Correlation map with ion change 38
• III. 1.5. Movement and change of KcsA internal potassium and water molecules 42
• IV. Conclusions 44
• Reference 46