I årtionden, man antog att proteinkanaler och proteinpumpar fyllde helt olika funktioner och fungerade oberoende av varandra. Forskare vid Goethe University Frankfurt och University Groningen har nu klargjort transportvägen för ett proteinkomplex som kombinerar båda mekanismerna:det tar först kalium från kanalen och överför det sedan till pumpen, varifrån den transporteras till cellen.

Ett balanserat kaliumhushåll är avgörande för både människors och bakteriers överlevnad. Eftersom bakterier utsätts för mycket större fluktuationer i miljöförhållanden, Det kontrollerade intaget av kalium utgör ofta en särskild utmaning. Eftersom cellmembranet är ogenomträngligt för kaliumjoner, det måste translokeras genom specifika membrantransportproteiner.

Å ena sidan, kaliumkanaler möjliggör snabb, men passiv tillströmning av kaliumjoner. Detta upphör så snart en elektrokemisk jämvikt mellan cellen och dess omgivning har uppnåtts. För att uppnå intracellulära koncentrationer utöver detta, kalium transporteras aktivt in i cellen genom kaliumpumpar, med energi som förbrukas i form av ATP.

Eftersom båda proteinfamiljerna - kanaler och pumpar - utför mycket olika funktioner, de har alltid beskrivits som separerade från varandra. Detta, dock, motsägs av observationen att KdpFABC, en mycket affin, aktivt kaliumupptagningssystem av bakterier, representerar inte en enkel pump, men är konstruerad av totalt fyra olika proteiner. En av dessa härrör från en typisk pump, medan en annan liknar en kaliumkanal.

Inga Hänelt, Docent för biokemi vid Goethe -universitetet, och hennes kollega Cristina Paulino från University of Groningen, Nederländerna, bestämde mig därför för att titta närmare på membranproteinet KdpFABC genom mikroskopet - eller, mer specifikt, kryo-elektronmikroskopet. De blev förvånade över resultatet:"Alla tidigare hypoteser var felaktiga, "konstaterar Inga Hänelt." Även om vi hade all data framför oss, det tog oss ett tag att förstå vägen kalium tar genom komplexet in i cellen. "

Först, ett kanalliknande protein binder kaliumet och transporterar det genom den första tunneln till pumpen. När den väl har kommit, den första, utåtvänd tunnel stängs, medan en sekund, inåtvänd tunnel öppnas. Denna tunnel sträcker sig också mellan båda proteinerna och slutar slutligen i cellens inre. "Komplexet kombinerar i huvudsak de bästa egenskaperna hos båda proteinfamiljerna, "förklarar Charlott Stock, doktorand i Inge Hänelts forskargrupp. "Det kanalliknande proteinet binder kalium, först mycket specifikt och med hög affinitet, medan pumpen möjliggör en aktiv transport som kan berika kalium i cellen med 10, 000 gånger. "

Uppgifterna, nyligen publicerad i Naturkommunikation , imponerade forskarna med hur olika transport genom membran kan vara. "Vi har lärt oss att när vi undersöker olika membrantransportproteiner, vi ska inte förlita oss på till synes obestridliga mekanismer, men måste vara redo för överraskningar, "sammanfattar Inga Hänelt.