Structural basis for ion selectivity revealed by high-resolution crystal structure of Mg2+ channel MgtE

二价 选择性 化学 钾通道 离子 结晶学 晶体结构 羧酸盐 周质间隙 生物物理学 离子通道 立体化学 生物化学 生物 受体 有机化学 大肠杆菌 基因 催化作用
作者
H. Takeda,Motoyuki Hattori,Tomohiro Nishizawa,Keitaro Yamashita,Syed Tasadaque Ali Shah,Martin Caffrey,Andrés D. Maturana,Ryuichiro Ishitani,Osamu Nureki
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:5 (1) 被引量:47
标识
DOI:10.1038/ncomms6374
摘要

Magnesium is the most abundant divalent cation in living cells and is crucial to several biological processes. MgtE is a Mg(2+) channel distributed in all domains of life that contributes to the maintenance of cellular Mg(2+) homeostasis. Here we report the high-resolution crystal structures of the transmembrane domain of MgtE, bound to Mg(2+), Mn(2+) and Ca(2+). The high-resolution Mg(2+)-bound crystal structure clearly visualized the hydrated Mg(2+) ion within its selectivity filter. Based on those structures and biochemical analyses, we propose a cation selectivity mechanism for MgtE in which the geometry of the hydration shell of the fully hydrated Mg(2+) ion is recognized by the side-chain carboxylate groups in the selectivity filter. This is in contrast to the K(+)-selective filter of KcsA, which recognizes a dehydrated K(+) ion. Our results further revealed a cation-binding site on the periplasmic side, which regulate channel opening and prevents conduction of near-cognate cations.
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