平衡钾离子浓度的门控系统对人类和细菌的生存都是至关重要的。由于细菌暴露在更剧烈的环境变化中，钾摄入量的控制往往会带来特别的挑战。
来自德国法兰克福大学和荷兰格罗宁根大学的研究人员通过低温电子显微镜，详细地观察了细菌膜蛋白KdpFABC，发现了钾离子通过复合体进入细胞的途径，揭示了细胞跨膜运输方式的多样化，其论文近日发表在《自然·通讯》杂志。
钾离子不能透过细胞膜，必须通过特定的膜转运蛋白进行转运。一方面，钾离子可以通过离子通道以被动运输的方式快速地进入细胞，一旦细胞与环境之间达到了电化学平衡，这种反应就会停止。而另一方面，为了达到更高的细胞内钾离子浓度，钾离子还可以在消耗ATP的同时通过离子泵以主动输送的方式进入细胞内。
由于离子通道和离子泵执行着非常不同的功能，科学家们认为它们是彼此分离的。然而，德国法兰克福大学的生物化学助理教授Inga Hanelt和荷兰格罗宁根大学额Cristina Paulino对KdpFABC的观察结果却与此相矛盾。KdpFABC是细菌的一种高仿射的、活跃的钾吸收系统，它并不是一种简单的离子泵，而是由四种不同的蛋白质组成，其中一种蛋白来自典型的离子泵，另一种蛋白则和钾通道类似。
通过详细地观察膜蛋白KdpFABC，研究人员发现：在钾离子的跨膜运输中，一种离子通道样蛋白质首先与钾结合，并通过第一个通道将其转运至离子泵。到达后，朝向细胞外的第一个通道关闭，朝向细胞内的第二个通道打开。这个通道在这两种蛋白质之间延伸，最终到达细胞内部。Inga Hanelt研究小组的博士生Charlott Stock解释说：“这种复合物基本上结合了这两种蛋白质家族的最佳特性。离子通道样蛋白质与钾的结合非常特异，且具有很高的亲和力，而离子泵能够激活转运，使细胞中的钾含量增加1万倍。”
Inga Hanelt总结道：“我们已经了解到细胞跨膜运输方式的多样化，因此在研究各种膜转运蛋白时，我们不应依赖于看起来无可争议的机制，而是必须为意外做好准备。”
编译：花花 审稿：三水 责编：张梦
期刊来源：《自然·通讯》
原文链接：https://www.eurekalert.org/pub_releases/2018-11/guf-hdp112618.php
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