Сбалансированное содержание калия в семье имеет решающее значение для выживания как людей, так и бактерий. Поскольку бактерии подвержены гораздо большим колебаниям условий окружающей среды, контролируемое потребление калия часто представляет собой особую проблему. Поскольку клеточная мембрана непроницаема для ионов калия, они должны перемещаться через специфические мембранные транспортные белки.
С одной стороны, калиевые каналы обеспечивают быстрый, но пассивный приток ионов калия. Это прекращается, как только достигается электрохимическое равновесие между клеткой и окружающей средой. Для достижения более высоких внутриклеточных концентраций калий активно транспортируется в клетку с помощью калиевых насосов, при этом энергия расходуется в виде АТФ..
Поскольку оба семейства белков - каналы и помпы - выполняют очень разные функции, их всегда описывали как отдельные друг от друга. Это, однако, противоречит наблюдению, что KdpFABC, высокоаффинная, активная система поглощения калия бактериями, не представляет собой простой насос, а состоит всего из четырех различных белков. Один из них происходит от типичной помпы, а другой напоминает калиевый канал.
Инга Хенельт, доцент кафедры биохимии Университета Гёте, и ее коллега Кристина Паулино из Университета Гронингена, Нидерланды, решили поближе рассмотреть мембранный белок KdpFABC под микроскопом, или, точнее, криоэлектронный микроскоп. Они были удивлены результатом: «Все предыдущие гипотезы были неверны», - утверждает Инга Хенельт. «Хотя у нас были все данные перед глазами, нам потребовалось некоторое время, чтобы понять путь, по которому калий проходит через комплекс в клетку».
Во-первых, каналообразный белок связывает калий и транспортирует его через первый туннель к насосу. По прибытии первый туннель, обращенный наружу, закрывается, а второй, обращенный внутрь, открывается. Этот туннель также проходит между обоими белками и в конечном итоге заканчивается внутри клетки. «Комплекс, по сути, сочетает в себе лучшие качества белков обоих семейств», - объясняет Шарлотт Сток, докторант исследовательской группы Инге Хенельт. «Каналоподобный белок сначала очень специфически и с высоким сродством связывает калий, в то время как помпа обеспечивает активный транспорт, который может увеличить содержание калия в клетке в 10 000 раз».
Данные, недавно опубликованные в Nature Communications, впечатлили ученых тем, насколько разнообразным может быть транспорт через мембраны.«Мы узнали, что при исследовании различных мембранных транспортных белков мы не должны полагаться на кажущиеся неопровержимыми механизмы, а должны быть готовы к неожиданностям», - резюмирует Инга Хенельт..