Veel bacteriën combineren een passief ionkanaal met een actieve pomp om hun inwendige kaliumconcentratie op peil te houden. Het dogma dat die twee mechanismes elkaar uitsluiten kan de prullenmand in, melden onderzoekers uit Groningen en Frankfurt in Nature Communications.

Zowel ionkanalen als pompeiwitten (in dit geval P-type ATPases) zitten verwerkt in de celwand en houden de concentratie van een bepaald ion (hier K⁺) in de bacterie op peil. Ionkanalen pikken die ionen uiterst selectief op, maar laten ze vervolgens alleen stromen van de zijde met de hoogste concentratie naar die met de laagste. ATPases gebruiken energie uit ATP om ionen tegen de concentratiegradiënt in te laten stromen, maar zijn veel minder selectief.

Die eiwittypes zijn volkomen los van elkaar geëvolueerd en in een persbericht van de Rijksuniversiteit Groningen legt coauteur Cristina Paulino uit dat ze ook nu nog twee verschillende werelden vormen, elk met een eigen onderzoekerspopulatie die zelden met de andere communiceert.

Duidelijk was al dat het kaliumtransportcomplex KdpFABC buiten de boot viel. Veel bacteriën en archaea, waaronder E.coli, gebruiken dit complex om hun inwendige K⁺-concentratie te handhaven op momenten dat de concentratie buiten de cel uiterst laag is. Dat vraagt zowel een hoge selectiviteit om de ionen op te pikken, als een sterke pompkracht.

KdpFABC bestaat uit vier onderdelen: KdpF, A, B en C. KdpA ziet er uit als een kanaaleiwit, KdpB als een pomp. Maar hoe die samenwerken, was een raadsel. De minst onlogische hypothese was dat KdpA niet echt pompte maar zorgde voor een soort ladingsgradiënt binnen KdpA.

Met cryo-elektronenmicroscopie zijn de groepen van Paulino en haar Duitse collega Inga Hänelt er nu in geslaagd de structuur van het KdpFABC-complex tweemaal in kaart te brengen, in verschillende stadia van de bedrijfscyclus van het pompgedeelte.

En dan zie je wat er vermoedelijk echt gebeurt. KdpA is een half ionkanaal dat K⁺ selectief oppikt uit de omgeving en doorgeeft aan KdpB. Dat reageert door de verbinding met KdpA tijdelijk dicht te knijpen, als een soort terugslagklep. Tegelijk gebruikt het ATP om een asparaginebouwsteen tijdelijk te fosforyleren. Daardoor verandert de eiwitstructuur dusdanig dat K⁺ verhuist naar de binnenkant, loslaat en via nog een half kanaaltje binnenin de cel belandt.

Helemaal zeker weten de onderzoekers het nog niet. Het mechanisme kent duidelijk meer stadia dan de twee die nu in de cryoEM zijn ingevroren. Maar voorlopig is het de meest logische verklaring.

bron: RUG, Goethe-Universität Frankfurt