Lys-inducerede ændringer i form driver en pumpe i en marin bakterie

RIKENs biokemikere har opdaget, hvordan en lille pumpe i en marin mikrobe sender negative ioner ind i cellen ved at ændre form, når den aktiveres af lys. Ud over at give indsigt i, hvordan disse ionpumper fungerer, vil resultaterne være nyttige til at forbedre lysbaserede værktøjer til hjerneforskning.

Mange bakterier og encellede alger fører ioner ind og ud af deres celler ved hjælp af pumper, der drives af lys. Ved at udstøde eller acceptere ioner tillader disse pumper celler at regulere deres indhold i forhold til deres miljø. De virker ved at ændre deres form, når de aktiveres af lys.

Sådanne lysdrevne pumper er ikke kun af interesse for biokemikere; neuroforskere bruger dem til at undersøge hjernekredsløb hos dyr ved at tænde og slukke neuroner som reaktion på lys. At lære om, hvordan disse pumper fungerer, vil gøre det muligt for hjerneforskere at skræddersy dem til denne applikation.

Lysdrevne pumper, der fører positive ioner hen over cellemembranen, er blevet grundigt undersøgt, men meget mindre er kendt om, hvordan pumper, der transporterer negative chloridioner, fungerer.

Nu har Mikako Shirouzu og Toshiaki Hosaka ved RIKEN Center for Biosystems Dynamics Research, Eriko Nango ved RIKEN SPring-8 Center og deres medarbejdere brugt en kraftig røntgenlaser - som der kun er en håndfuld af i verden —at visualisere, hvordan formen af ​​en lysdrevet pumpe af chloridioner ændrer sig under drift.

De så på en klorpumpe fra en marin bakterie, der er baseret på det lysfølsomme protein rhodopsin - et biologisk pigment, der ligner det i lysreceptorerne i det menneskelige øje. Holdet brugte større bromid- og iodidioner frem for chloridioner, fordi de er mere påviselige ved røntgenstråler.

Forskerne opdagede, at pumpen havde en spændende mekanisme til at forhindre chloridioner i at vende tilbage, som de kom. "Vi var overraskede over at opdage, at aminosyreresten Asn98, som interagerer med anionen, forhindrer tilbagestrømning af ionen, efter at den er passeret igennem," siger Hosaka. "Der er således en simpel mekanisme til at transportere kun én ion med en enkelt formændring."

Resultaterne, offentliggjort i Proceedings of the National Academy of Sciences , angiver, at klorid-pumpende rhodopsiner anvender en fælles mekanisme til at flytte ioner rundt.

Holdet har til hensigt at studere andre proteiner ved først at gøre dem følsomme over for lys. "De fleste proteiner reagerer ikke på lys, hvilket gør dem svære at kontrollere," siger Hosaka. "I fremtiden vil vi gerne modificere almindelige proteiner for at få dem til at reagere på lys og derved studere formændringerne af en bredere række af proteiner." + Udforsk yderligere

Sådan får du chloridioner ind i cellen