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4 Diskussion
Spannungsrampen. Da bei letztgenannter Methode der absolute Strom betrachtet wird,
fließt der für den Sec61-Komplex charakteristische Leckstrom hier mit in die Auswer-
tung ein (siehe 2.3.13). Die Daten deuten darauf hin, dass die Selektivität des Sec61-
Komplexes durch den Leckstrom maßgeblich herabgesetzt wird.
Weitere Untersuchungen mit asymmetrischen MgCl2-Lösungen haben ein Verhältnis
der Permeabilitätskoeffizienten von P Cl −/P Mg 2+=6,5 für die RM-Probe aus Strom-Span-
nungsrampen ergeben. Ein Vergleich mit dem entsprechenden Wert für CaCl2 (P Cl −/
P Ca 2+= 6,8) zeigt, dass der Kanal nicht zwischen den bivalenten Kationen diskriminieren
kann.
Die Selektivität eines weiten Ionenkanals wird maßgeblich durch elektrostatische Wech-
selwirkungen der permeierenden Ionen mit polaren oder geladenen Aminosäureresten
in der Porenregion bestimmt (Aguilella-Arzo et al., 2007). Dabei wird die Permeabilität
für Kationen durch negative Ladungen in der Pore erhöht und durch positive Ladungen
verringert. Versuche mit Mutanten von bakteriellen β-Barrel Porinen mit bekannter 3D-
Struktur haben gezeigt, dass sich die Selektivität durch einen Austausch der geladenen
Aminosäuren in der Porenregion in der zu erwartenden Weise verändern lässt (Phale
et al., 2001; Miedema et al., 2004). Die Nettopermeation von Anionen und Kationen
durch einen weiten Kanal wird letztlich durch die Anzahl der energetisch günstigen Tra-
jektorien auf denen Anionen und Kationen eine Pore durchqueren können sowie deren
Besetzungshäufigkeit festgelegt (Schirmer und Phale, 1999; Im und Roux, 2002a).
Es ergibt sich die Frage, wie das für den Durchmesser der Sec61-Pore relativ hohe Um-
kehrpotenzial in asymmetrischen CaCl2- oder MgCl2-Elektrolytlösungen im Vergleich zu
KCl-Lösungen verursacht wird. Nach Eisenman und Horn (1983) wird die Selektivität ei-
nes single-file-Ionenkanals von dem Energieaufwand für die Entfernung der Hydrathülle
eines beteiligten Ions und dem Energiegewinn aus dessen elektrostatischer Interaktion
mit geladenen Aminosäureresten in der Pore bestimmt. Die freiwerdenden Koordina-
tionsstellen des Ions werden dabei durch die geladenen Gruppen in der Pore ersetzt.
Computergestützte Simulationen haben gezeigt, dass K + - und Cl − -Ionen auch während
der Permeation durch die Restriktionszone eines weiten Kanals wie OmpF einen Teil
der koordinierten Wassermoleküle verlieren (Im und Roux, 2002b). Auch für den Sec61-
Kanal wäre demnach eine teilweise Dehydrierung der permeierenden Ionen denkbar. Die
Hydrationsenergie für Ca 2+ - und Mg 2+ -Ionen ist um ein Mehrfaches höher als für K + -
und Cl − -Ionen (Hille, 2001, Seite 329), so dass die Permeation von Ca 2+ und Mg 2+
durch den Sec61-Kanal energetisch deutlich ungünstiger ist als die Permeation von K + -
und Cl − . Die beobachteten Selektivitäten lassen sich gut über die Energiedifferenzen
für die Dehydrierung der beteiligten Ionen erklären.
Eine symmetrische Zugabe von CaCl2 bis zu Konzentrationen von 90 mM zu asymmetri-
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