Met single molecule-spectrometrie kun je beter dan ooit zien hoe ABC-transporters in celmembranen werken. Groningse onderzoekers toonden dat zojuist aan in Nature Structural & Molecular Biology.

Die ABC-transporters (voluit ATP-binding cassette transporter) zijn een groep eiwitten die allerlei voedings- en afvalstoffen door celmembranen transporteren. Meestal zijn ze opgebouwd uit minstens zes domeinen. Twee steken door de celwand, twee zitten binnenin en hydrolyseren ATP, en zorgen zo voor de energievoorziening van de laatste twee die buiten op de celwand zitten en substraten ‘invangen’. Sommige transporters hebben twee of zelfs drie paar van die ‘substrate binding domains’ (SBD’s) en kunnen mede daardoor verschillende substraten binnenhalen.

In dit onderzoek hebben biochemicus Bert Poolman en collega’s gekeken naar een ABC-transporter genaamd GlnPQ uit de bacterie Lactococcus lactis. Deze heeft twee paar SBD’s die onderling behoorlijk verschillen: SBD1 bindt de aminozuren asparagine en glutamine, SBD2 bindt alleen glutamine.

Om ze afzonderlijk te kunnen volgen werd gebruik gemaakt van single molecule Förster resonance energy transfer (smFRET) met twee labels waarvan er een pas gaat fluoresceren als het vlak naast de andere zit. In dit geval geef je elke helft van een SBD zo’n label, zodat je aan de fluorescentie kunt zien of het eiwit zich opent of sluit. Al dan niet rond een aminozuur.

Uit de waarnemingen leiden de Groningers af dat dat sluiten meestal inderdaad pas gebeurt als dat aminozuur eenmaal aanwezig is. De andere mogelijkheid was dat de SBD’s voortdurend zouden dichtklappen, zoals Pac-Man uit het gelijknamige computerspelletje, en pas dan zouden checken of er iets tussen hun kaken zat. Maar dat gebeurt volgens Poolman dus niet, wat je kunt zien aan het feit dat de dichtklapfrequentie stijgt als functie van de aminozuurconcentratie.

Ook zie je verschillen per aminozuur. SBD1 heeft een veel hogere affiniteit voor asparagine dan voor glutamine, dus dat laatste aminozuur wordt maar sporadisch gebonden. Maar juist vanwege die lagere affiniteit wordt glutamine veel gemakkelijker ‘doorgeslikt’, zodat het minder lang duurt eer SBD1 weer open gaat om een volgend aminozuur te vangen. Het evenwicht tussen beide effecten bepaalt kennelijk mede de verhouding tussen de opgenomen hoeveelheden van elk aminozuur.

Veel details blijven overigens nog steeds een kwestie van gericht gissen.