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Göttingen Kaliumionen schwimmen nackt
Campus Göttingen Kaliumionen schwimmen nackt
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00:20 27.07.2018
Kaliumkanäle lassen Kaliumionen (K+) hindurch, während Natriumionen (Na+) zuverlässig am Durchfluss gehindert werden. Quelle: r
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Göttingen

Viele Ionenkanäle sind auf eine bestimmte Ionensorte spezialisiert. Ein Team aus Wissenschaftlern am Max-Planck-Institut (MPI) für biophysikalische Chemie sowie den Universitäten Dundee (Groß Britanien) und Groningen (Niederlande) hat nun geklärt, wie Kaliumionen so effizient und gleichzeitig so exklusiv durch Kaliumkanäle schlüpfen: Sie passieren die Kanäle „nackt“.

Kaliumkanäle seien die größte Familie unter den Ionenkanälen. Sie würden beispielsweise die Dauer der Herzkontraktion kontrollieren und seien an der Regulation des Blutflusses beteiligt. Damit all diese Vorgänge reibungslos funktionieren, ist es entscheidend, dass Kaliumkanäle nur Kaliumionen hindurch lassen, während andere Ionen am Durchfluss gehindert werden.

Engste Stelle als Filter

Als Filter für die Ionen diene dabei die engste Stelle des Kanals. Hier werde sichergestellt, dass nur Ionen mit passender Größe und elektrischer Ladung hindurchströmen. Ein Team aus Wissenschaftlern des MPI hat jetzt herausgefunden, warum Kaliumkanäle den Durchfluss von Kaliumionen, während die kleineren zulassen, den von Natriumionen aber nicht. Sicher war zuvor nur, dass es nicht an der Ladung liegen kann, da die beiden gleich ist. Die Antwort ist, dass nur Kaliumionen ihre Wasserhülle abstreifen können, um durch den engen Kanal zu gelangen.

Lange haben die Forscher vermutet, dass sich im Inneren des Filters nicht nur Ionen, sondern auch Wassermoleküle aufhalten, die die Ionen umhüllen und voneinander trennen. „Diese Vermutung wurde stets bei computergestützten Experimenten berücksichtigt, in denen Ströme durch Ionenkanäle simuliert wurden, um die Funktionsweise der Kanäle genauer zu untersuchen. Doch die Stromstärken in den Simulationen waren nie so hoch wie bei direkten Messungen in lebenden Zellen“, so Bert de Groot, Forschungsgruppenleiter am MPI für biophysikalische Chemie in Göttingen.

Abstoßung

Vor wenigen Jahren hatten neue Analysen eines Forscherteams um de Groot ergeben, dass Kaliumionen im Filter wie auf einer Perlenschnur aufgereiht sind und sehr eng beieinandersitzen – ohne Wassermoleküle, die die geladenen Teilchen voneinander abschirmen. Die räumliche Nähe führt laut den Forschern dazu, dass die Ladungen sich wie identische magnetische Pole gegenseitig abstoßen und so den Durchfluss durch den Kanal beschleunigen.

In ihrer aktuellen Veröffentlichung haben die Wissenschaftler nun mit Computersimulationen rekonstruiert, warum der Kanal Ionen so gut selektiert und Natriumionen den Kaliumkanal nicht ohne Weiteres passieren können. Wojciech Kopec, Postdoktorand in der Forschungsgruppe von de Groot: „Kaliumionen legen ihre Wasserhülle komplett ab, um durch die enge Pore zu gelangen. Natriumionen hingegen behalten ihre Wasserhülle. Damit sind sie letzten Endes größer als ‚nackte‘ Kaliumionen – und zu groß für den engen Kaliumkanal-Filter.

Von Vera Wölk

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