The Nature of Water in the Voltage-gated Hv1 Proton Channel from Ciona intestinalis and its potential role in proton permeation

A la fecha el mecanismo de permeación del canal de protones sensible a voltaje, Hv1, es materia de controversia. Esto es debido a que no existe la resolución de una estructura abierta de la proteína. Actualmente hay dos mecanismos que intentan explicar el mecanismo de permeación de Hv1. El primero propone que la conducción de protones ocurre de una manera similar al mecanismo de Grotthuss, estableciéndose un continuo de agua cuando la proteína se encuentra abierta, lo que permite el salto de protones a través de los puentes de hidrógenos que se establecen entre las moléculas de agua. El otro modelo, en cambio, propone que el continuo de agua es interrumpido entre la interacción del filtro de selectividad y la segunda y/o tercera arginina del sensor de potencial. A pesar de esto, ninguno de los dos modelos satisface la evidencia experimental, ya que hay gran cantidad de datos que sugieren que la asparagina altamente conservada de la alfa hélice S4 (N264 en CiHv1) es importante en el mecanismo de conducción. Los modelos en discusión no contemplan un papel para este residuo en el mecanismo de conducción. Dado que el mecanismo de conducción de protones y la naturaleza del agua dentro de la proteína son elementos que no pueden ser separados, en este trabajo a través de mediciones electrofisiológicas, dinámica molecular y mediciones de cambios de volumen en ovocitos de X. laevis, observamos que las mutaciones dirigidas a la asparagina de la alfa hélice S4 en el canal Hv1 de C. intestinalis afectan las propiedades de conducción y que dicho cambio en las propiedades conductivas está fuertemente relacionado con las características de hidratación del canal, como también de la configuración de los ángulos de dipolo de las moléculas de agua en la zona de constricción del canal. Por otro lado, se observó que en ovocitos inyectados con Hv1 poseían un mayor coeficiente de permeabilidad de agua, sugiriendo que la proteína permite el movimiento de agua. Toda la evidencia en conjunto permite proponer un modelo de conducción de protones el cual posee dos elementos críticos: (1) la configuración de las moléculas de agua en la zona de constricción del canal, además de una zona permanentemente hidratada que permite el paso de protones y, (2) el perfil electrostático en la vecindad de la zona de construcción