Al decenia, er werd aangenomen dat eiwitkanalen en eiwitpompen totaal verschillende functies vervulden en onafhankelijk van elkaar werkten. Onderzoekers van de Goethe Universiteit Frankfurt en de Rijksuniversiteit Groningen hebben nu het transportpad opgehelderd van een eiwitcomplex dat beide mechanismen combineert:het ontvangt eerst kalium uit het kanaal en brengt het vervolgens over naar de pomp, van waar het naar de cel wordt getransporteerd.

Een uitgebalanceerd kaliumhuishouden is van cruciaal belang voor het voortbestaan ​​van zowel mensen als bacteriën. Omdat bacteriën worden blootgesteld aan veel grotere schommelingen in de omgevingscondities, de gecontroleerde inname van kalium vormt vaak een bijzondere uitdaging. Omdat het celmembraan ondoordringbaar is voor kaliumionen, het moet worden getransloceerd door specifieke membraantransporteiwitten.

Aan de ene kant, kaliumkanalen zorgen voor een snelle, maar passieve instroom van kaliumionen. Dit stopt zodra een elektrochemisch evenwicht tussen de cel en zijn omgeving is bereikt. Om intracellulaire concentraties verder te bereiken, kalium wordt actief in de cel getransporteerd via kaliumpompen, waarbij energie wordt verbruikt in de vorm van ATP.

Aangezien beide eiwitfamilies – kanalen en pompen – zeer verschillende functies vervullen, ze zijn altijd beschreven als gescheiden van elkaar. Dit, echter, wordt tegengesproken door de opmerking dat KdpFABC, een zeer verwante, actief kaliumopnamesysteem van bacteriën, vertegenwoordigt geen eenvoudige pomp, maar is opgebouwd uit in totaal vier verschillende eiwitten. Een daarvan is afgeleid van een typische pomp, terwijl een andere lijkt op een kaliumkanaal.

Inga Hänelt, Universitair docent biochemie aan de Goethe-universiteit, en haar collega Cristina Paulino van de Rijksuniversiteit Groningen, Nederland, besloot daarom het membraaneiwit KdpFABC onder de loep te nemen – of, specifieker, de cryo-elektronenmicroscoop. Ze waren verrast door het resultaat:"Alle eerdere hypothesen waren fout, " stelt Inga Hänelt. "Hoewel we alle gegevens voor ons hadden, het kostte ons een tijdje om de weg te begrijpen die kalium door het complex in de cel neemt."

Eerst, een kanaalachtig eiwit bindt het kalium en transporteert het door de eerste tunnel naar de pomp. Als het eenmaal is aangekomen, de eerste, naar buiten gerichte tunnel sluit, terwijl een tweede, naar binnen gerichte tunnel gaat open. Deze tunnel strekt zich ook uit tussen beide eiwitten en eindigt uiteindelijk in het binnenste van de cel. "Het complex combineert in wezen de beste eigenschappen van beide eiwitfamilies, " legt Charlotte Stock uit, promovendus in de onderzoeksgroep van Inge Hänelt. "Het kanaalachtige eiwit bindt kalium, in eerste instantie heel specifiek en met hoge affiniteit, terwijl de pomp een actief transport mogelijk maakt dat kalium in de cel met 10 kan verrijken, 000-voudig."

De gegevens, onlangs gepubliceerd in Natuurcommunicatie , maakte indruk op de wetenschappers met hoe divers transport door membranen kan zijn. "We hebben geleerd dat bij het onderzoeken van verschillende membraantransporteiwitten, we moeten niet vertrouwen op schijnbaar onweerlegbare mechanismen, maar moet voorbereid zijn op verrassingen, " vat Inga Hänelt samen.