关于离子传输的中心生物学教条的新见解

奥胡斯大学和纽约大学的新研究结果表明，膜蛋白复合物如何在离子泵和离子通道超家族中发挥作用，从而实现钾的主动转运。刚刚在“自然”杂志上发表的结果为定义通道和泵的内容提供了新的视角。

钾在所有细胞中高度浓缩，并且它是膨压的主要决定因素。过多的钾和细胞会因水流入而破裂，太少，细胞会随着水的流失而枯萎。当腌制或干燥肉类，水果和蔬菜时，这种渗透原理也用于食品保鲜。

由于钾实际上对细胞膜是不可渗透的，因此钾转运蛋白已经进化，可以介导其摄取。在单细胞生物中，由于环境波动可能带来的挑战，维持内部钾水平的机制具有高度响应性。通常，钾通道将产生由电化学梯度驱动的向内钾通量。然而，在存在极少钾的环境中，这种潜力不能保持向内通量，并且通过钾泵系统的主动运输迅速接管以直接驱动钾的吸收。

这些钾泵系统的机理和结构尚不清楚，从序列分析来看，它们似乎具有与钾通道和动物已知的更经典的钠/钾泵相关的元素。几十年来，这使研究人员感到困惑，许多人甚至怀疑这些复合物是否存在作为一个功能单元。

这部分是因为离子传输如何在生物学中被教导为“通道与泵”的概念。离子通道介导快速和被动的“下坡”运输，而离子泵介导缓慢而活跃的“上坡”运输，抵抗电化学梯度。这两个过程都相对较好地理解，并且通常被并置为完全不同的实体。

通道和泵浦超级系列共同产生活跃的离子传输

本周在“自然”杂志上公布的结果对这种舒适的分离提出了挑战，并解决了泵和通道如何在复杂环境中协同工作的令人费解的问题。奥胡斯大学和纽约大学之间的联合研究合作第一次可视化钾运输结构，来自渠道和泵超级家庭的成员聚集在一个大型综合体中，以创造主动运输。一个“泵状”亚基创建的能量输入(类似于马达)，而“信道状”亚基已被重新定意为用作活性载体介导运输的钾针对10,000倍梯度。

“对我而言，整个事情中最迷人的部分是它与我们通常喜欢将生物学概念放在一起的盒子打破了，”AIAS研究员和助理教授BjørnPanyellaPedersen说道，他是小团队的一员，结果。“这是另一个引人入胜的例子，大自然并不关心我们尝试理解它并对其进行分类。如果进化可以使其发挥作用，它就会发生。”

结果建立在对通道和泵功能的先验知识的强大基础之上。门控通道的概念已经知道并研究了很长时间，并且实际上大多数离子通道具有一个或多个门作为其生理功能的基本部分。类似地，很好地描述了离子泵功能背后的分子机制。通过新的结果，我们可以突然看到来自类似通道的子单元的门如何连接到类似泵的子单元，可以顺序控制它们的打开和关闭。这在门打开/关闭，基板识别/结合和能量消耗之间产生强耦合。这些都是主动交通的标志从其他泵系统中可以知道，但是在这里它们只有在复合体的所有元素在一起时才起作用。

“这是我工作过的最难，也是最有价值的结构之一。因此有很多新的想法，对结果的解释具有挑战性，因为我们真的需要在外面思考Bjørn笑着说，继续说道之前，“大卫[斯托克斯教授]是关键，因为他已经在这个综合体工作多年，并且对系统的复杂性有着广泛的了解。一个真正的团队努力，我们将继续我们的合作，根据我们现有的想法，进一步了解这个复杂的问题。“

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