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이온채널에서 이온의 이동은 생체에 전기신호를 발생시키고 신경흥분 등 많은 신호전달에 관여하고 있다. 본 연구에서는 채널을 이동하는 음이온 중 혈액 내에서 완충용액역할과 여러 질병과 관련된 점액을 묽게 해주는 중탄산염(HCO3-)을 포함한 12개의 음이온들의 투과성(...

이온채널에서 이온의 이동은 생체에 전기신호를 발생시키고 신경흥분 등 많은 신호전달에 관여하고 있다. 본 연구에서는 채널을 이동하는 음이온 중 혈액 내에서 완충용액역할과 여러 질병과 관련된 점액을 묽게 해주는 중탄산염(HCO3-)을 포함한 12개의 음이온들의 투과성(permeability)의 중점을 두어 연구 하였다. 실제 체내에는 염소이온과 중탄산염이 대부분이지만 염소이온에 대한 중탄산염의 상대적인 투과성에 대한 이해도를 높이기 위해 할로겐이온들과 중탄산염과 비슷한 크기를 가지는 다원자 이온들을 선택하여 계산하였다. 본 연구에서는 3개의 대표적인 염소이온 의존성 이온채널(GLRA1, CFTR, ANO1)에서의 음이온들의 투과성을 계산하기 위해 밀도 범함수 이론(density functional theory, DFT)방법 B3LYP를 선택하고, 6-311G++(d,p) 기저집합을 사용하였다. 그리고 용매효과를 모사하기 위해 IEF-PCM모델을 사용 하였다. 또한 Gaussian volume키워드를 사용하여 음이온들의 반지름을 계산하였다.이온채널을 통과하는 작은 구형의 음이온들(F-, Cl-, Br-)의 투과성은 자유에너지 변화의 지배적인 영향을 받지만 다원자 이온들의 투과성은 음이온 자체의 크기와 이온채널 기공 크기의 영향을 받는다. 실제 이온채널은 유연성을 가지고 있으므로 기존 기공 크기 영향 두 가지 모델을 바탕으로 유연성을 고려한 모델 두 가지를 설계하였다. 총 4가지 모델을 계산 결과에 각각 적용하여 투과성을 비교하였다. 비교결과 유연한 벽 기공모델(SWITCH)을 선택하였다.전체적으로 음이온들의 계산결과는 실험결과와 잘 맞았지만 아녹타민1(ANO1) 채널과 낭포성 섬유증유발세포막단백질(CFTR)채널에서 유독 플루오린 이온과 중탄산염의 경우 실험결과의 투과성이 계산결과보다 눈에 띄게 높았다. 이와 같은 결과는 아녹타민1(ANO1) 채널과 낭포성 섬유증유발세포막단백질(CFTR) 채널에 존재하는 음이온 결합자리에 의한 영향으로 해석하였다. 플루오린 이온은 크기가 작은 곳의 전하가 몰려있어 다른 할라이드 음이온들보다 양의 전하를 띄는 음이온 결합자리와 결합하기 쉽다. 다원자 분자 중 크기가 비슷한 질산염과 중탄산염을 비교 해보면 전하가 퍼져있지 않고 극성이 큰 분자일수록 이온채널의 음이온 결합자리와 정전기적 상호작용을 더 잘하기 때문에 극성이 큰 중탄산염 이온의 투과성이 증가하였다. 그 외 계산한 다원자 이온들은 극성을 띄고 있어도 이온의 크기가 크기 때문에 영향이 작은 것을 음이온들의 전하분포 결과를 통해 확인 하였다.

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