名古屋大学阿部和弘副教授的研究小组成功测定了负责分泌胃酸的胃质子泵一次输送的离子数量。
胃质子泵将“酸”(也称为氢离子、H + 或质子)输送到胃中,使胃内部与盐酸一样强酸(pH 1)。这种泵以细胞内ATP为燃料逆浓度梯度输送H+,但细胞内为中性(pH 7),H+浓度低,细胞外(胃内)H+(胃内)高).pH1)。差异高达一百万倍。
理论上,如果胃内部呈弱酸性,胃质子泵一次可以携带两个H+,但如果消化时胃内部呈强酸性,则只能携带一个。然而,自从发现泵以来,2 年来一直不知道一次实际上可以携带多少离子。
课题组利用培养的人源细胞表达了大量胃质子泵,将其调整为K+结合态,制作了泵的三维晶体,然后在大型辐射设施中进行了X射线衍射实验.通过三维结构分析,只有一个K + 与离子键结合。该小组之前的研究表明,胃质子泵在反向转运中携带相同数量的 H + 和 K + ,这一次他们首次发现从一个 ATP 获得的能量分别运输一个 H + 和一个 K + .
弱酸性条件下只携带一个K + 的“效率低下”的原因是胃质子泵在强酸性环境下释放H + 所使用的赖氨酸和谷氨酸对。赖氨酸的正电荷强行推出谷氨酸结合的 H + 并将 H + 推入酸性胃中,但这对占据了连接处的空间,物理上禁用了第二个 K +。该研究小组表示,这种优先考虑创造强酸性环境而不是效率的结构,可以通过进化的选择压力来理解。