Hvordan kommer kalium ind i cellerne?

I årtier, man antog, at proteinkanaler og proteinpumper udfyldte helt forskellige funktioner og virkede uafhængigt af hinanden. Forskere ved Goethe University Frankfurt og University Groningen har nu klarlagt transportvejen for et proteinkompleks, der kombinerer begge mekanismer:det modtager først kalium fra kanalen og overfører det derefter til pumpen, hvorfra det transporteres til cellen.

En afbalanceret kaliumhusholdning er afgørende for overlevelsen af ​​både mennesker og bakterier. Da bakterier udsættes for meget større udsving i miljøforhold, det kontrollerede indtag af kalium udgør ofte en særlig udfordring. Da cellemembranen er uigennemtrængelig for kaliumioner, det skal translokeres gennem specifikke membrantransportproteiner.

På den ene side, kaliumkanaler muliggør hurtig, men passiv tilstrømning af kaliumioner. Dette stopper, så snart en elektrokemisk ligevægt mellem cellen og dens omgivelser er nået. For at opnå intracellulære koncentrationer ud over dette, kalium transporteres aktivt ind i cellen gennem kaliumpumper, med energi, der forbruges i form af ATP.

Da begge proteinfamilier - kanaler og pumper - udfører meget forskellige funktioner, de er altid blevet beskrevet som adskilte fra hinanden. Det her, imidlertid, modsiges af den observation, at KdpFABC, en meget affin, aktivt kaliumoptagelsessystem af bakterier, repræsenterer ikke en simpel pumpe, men er opbygget af i alt fire forskellige proteiner. En af disse er afledt af en typisk pumpe, mens en anden ligner en kaliumkanal.

Inga Hänelt, Adjunkt i biokemi ved Goethe Universitet, og hendes kollega Cristina Paulino fra University of Groningen, Holland, besluttede derfor at se nærmere på membranproteinet KdpFABC gennem mikroskopet – eller, mere specifikt, kryo-elektronmikroskopet. De blev overraskede over resultatet:"Alle tidligere hypoteser var forkerte, "fastslår Inga Hänelt." Selvom vi havde alle data foran os, det tog os et stykke tid at forstå, hvilken vej kalium fører gennem komplekset ind i cellen."

Først, et kanallignende protein binder kaliumet og transporterer det gennem den første tunnel til pumpen. Når den først er ankommet, den første, udadvendt tunnel lukker, mens et sekund, indadvendt tunnel åbner. Denne tunnel strækker sig også mellem begge proteiner og ender i sidste ende i det indre af cellen. "Komplekset kombinerer i det væsentlige de bedste kvaliteter fra begge proteinfamilier, " forklarer Charlotte Stock, ph.d.-kandidat i Inge Hänelts forskningsgruppe. "Det kanallignende protein binder kalium, i starten meget specifikt og med høj affinitet, mens pumpen muliggør en aktiv transport, der kan berige kalium i cellen med 10, Tusind gange. "

Dataene, for nylig udgivet i Naturkommunikation , imponeret forskerne med, hvor forskelligartet transport gennem membraner kan være. "Vi har erfaret, at når vi undersøger forskellige membrantransportproteiner, vi bør ikke stole på tilsyneladende uomtvistelige mekanismer, men skal være klar til overraskelser, "opsummerer Inga Hänelt.