VORM VAN HOLTES IN KALIUMKANAAL BEPALEN GROTE EFFICIËNTIE

Kaliumkanaaltjes komen in alle cellen voor. In de celmembranen van zenuwcellen zijn ze cruciaal voor de elektrische prikkeloverdracht. Hoe ze precies werkten was tot nu toe niet helemaal duidelijk. Biochemici onder leiding van Roderick MacKinnon van de Rockefeller University in New York hebben dat nu opgehelderd (Nature, 1 nov.). Het probleem was altijd dat het kanaaltje een kaliumion wèl doorlaat, maar bijvoorbeeld een veel kleiner natriumion de doorgang belemmert. Kaliumkanaaltjes in de celmembraan blijken nu te werken als een ouderwetse blusbrigade die emmers water doorgeeft. Het kanaaltje is voortdurend gevuld met drie kaliumionen, die telkens één positie opschuiven als er aan de binnenkant van de cel een kaliumion het kanaaltje in gaat, vliegt er aan de buitenkant één uit. In de holtes in het kanaal passen alleen kaliumionen.

Dit systeem verklaart de tot nog toe onbegrepen efficiëntie van de kanaaltjes. Een kaliumion doet er slechts 10 nanoseconden over om via het kanaaltje van binnen naar buiten te komen; die snelheid benadert die van vrije diffusie. Met röntgenanalyse maakten de onderzoekers momentopnamen van de moleculaire procesen in het kanaaltje. Computersimulaties op basis van de al eerder door het zelfde team opgeheldere moleculaire structuur bevestigen de bevindingen.

Het kanaaltje begint aan de binnenzijde van de cel met een relatief wijde holte. Daarin wordt het kaliumion opgevangen door vier carbonylgroepen van het kanaal die het ion gedeeltelijk van zijn omringende watermoleculen ontdoen. De onderzoekers betrapten het kaliumion hier in de `dehydratie-overgangstoestand', die al eerder op theoretische gronden was gepostuleerd. Verder in het kanaaltje liggen vier kleinere, negatief geladen holtes waar precies een gedehydrateerd kaliumion in past. Deze kleinere holtes vormen een filter. Ze laten kaliumionen door maar de veel kleinere natriumionen niet. Dat komt omdat natriumionen vanwege hun formaat niet gedwongen zijn het omringende water af te staan, en in die gehydrateerde toestand worden zij afgestoten door de negatief geladen holtes. In de vier achter elkaar gelegen holtes zitten altijd, om en om, twee kaliumionen en twee watermoleculen. De kaliumionen bewegen telkens heen en weer tussen de 1,3 positie en de 2,4 positie. Dit schommelmechanisme bepaalt de snelheid van het kanaaltje. Zodra een derde kaliumion het kanaal binnenkomt, wordt er aan de andere kant onmiddellijk een kaliumion uitgestoten. Zo kunnen tot 100 miljoen kaliumionen per seconde passeren.

    • Sander Voormolen