Experimental 3D structures of calcium channels with phenylalkylamines (PAAs) provide basis for further analysis of atomic mechanisms of these important cardiovascular drugs. In the crystal structure of the engineered calcium channel CavAb with Br-verapamil and in the cryo-EM structure of the Cav1.1 channel with verapamil, the ligands bind in the inner pore. However, there are significant differences between these structures. In the crystal structure the ligand ammonium group is much closer to the ion in the selectivity-filter region Site 3, which is most proximal to the inner pore, than in the cryo-EM structure. Here we used Monte Carlo energy minimizations to dock PAAs in calcium channels. Our computations suggest that in the crystal structure Site 3 is occupied by a water molecule rather than by a calcium ion. Analysis of the published electron density map does not rule out this possibility. In the cryo-EM structures the ammonium group of verapamil is shifted from the calcium ion in Site 3 either along the pore axis, towards the cytoplasm or away from the axis. Our unbiased docking reproduced these binding modes. However, in the cryo-EM structures detergent and lipid molecules interact with verapamil. When we removed these molecules, the nitrile group of verapamil bound to the calcium ion in Site 3. Models of Cav1.2 with different PAAs suggest similar binding modes and direct contacts of the ligands electronegative atoms with the calcium ion in Site 3. Such interactions explain paradoxes in structure–activity relationships of PAAs.

具有苯烷基胺 (PAA) 的钙通道的实验 3D 结构为进一步分析这些重要心血管药物的原子机制提供了基础。在带有 Br-维拉帕米的工程钙通道 CavAb 的晶体结构和带有维拉帕米的 Cav1.1 通道的冷冻电镜结构中，配体结合在内孔中。但是，这些结构之间存在显着差异。在晶体结构中，配体铵基团更接近选择性过滤区域位点 3 中的离子，位置 3 最靠近内孔，而不是在冷冻电镜结构中。在这里，我们使用蒙特卡罗能量最小化将 PAA 停靠在钙通道中。我们的计算表明，在晶体结构中，位点 3 被水分子而不是钙离子占据。对已发表的电子密度图的分析不排除这种可能性。在冷冻电镜结构中，维拉帕米的铵基团从位置 3 中的钙离子沿孔轴、朝向细胞质或远离轴移动。我们的无偏对接再现了这些结合模式。然而，在冷冻电镜结构中，洗涤剂和脂质分子与维拉帕米相互作用。当我们去除这些分子时，维拉帕米的腈基团与位点 3 中的钙离子结合。具有不同 PAA 的 Cav1.2 模型表明配体负电原子与位点 3 中的钙离子的结合模式相似和直接接触。这种相互作用解释 PAA 结构-活性关系的悖论。在冷冻电镜结构中，维拉帕米的铵基团从位置 3 中的钙离子沿孔轴、朝向细胞质或远离轴移动。我们的无偏对接再现了这些结合模式。然而，在冷冻电镜结构中，洗涤剂和脂质分子与维拉帕米相互作用。当我们去除这些分子时，维拉帕米的腈基团与位点 3 中的钙离子结合。具有不同 PAA 的 Cav1.2 模型表明配体负电原子与位点 3 中的钙离子的结合模式相似和直接接触。这种相互作用解释 PAA 结构-活性关系的悖论。在冷冻电镜结构中，维拉帕米的铵基团从位置 3 中的钙离子沿孔轴、朝向细胞质或远离轴移动。我们的无偏对接再现了这些结合模式。然而，在冷冻电镜结构中，洗涤剂和脂质分子与维拉帕米相互作用。当我们去除这些分子时，维拉帕米的腈基与位点 3 中的钙离子结合。具有不同 PAA 的 Cav1.2 模型表明配体负电原子与位点 3 中的钙离子的结合模式和直接接触相似。这种相互作用解释 PAA 结构-活性关系的悖论。在冷冻电镜结构中，洗涤剂和脂质分子与维拉帕米相互作用。当我们去除这些分子时，维拉帕米的腈基团与位点 3 中的钙离子结合。具有不同 PAA 的 Cav1.2 模型表明配体负电原子与位点 3 中的钙离子的结合模式相似和直接接触。这种相互作用解释 PAA 结构-活性关系的悖论。在冷冻电镜结构中，洗涤剂和脂质分子与维拉帕米相互作用。当我们去除这些分子时，维拉帕米的腈基团与位点 3 中的钙离子结合。具有不同 PAA 的 Cav1.2 模型表明配体负电原子与位点 3 中的钙离子的结合模式相似和直接接触。这种相互作用解释 PAA 结构-活性关系的悖论。