Et forskerhold fra to institutter på Aarhus Universitet og under ledelse af lektor Poul Nissen og professor Jesper Vuust Møller offentliggør nemlig den 24. december - juleaftensdag - en artikel om kalciumpumpen i det ansete tidsskrift Science, som sammenfatter, hvordan disse pumper fungerer. Forskerholdet består desuden af kandidatstuderende Claus Olesen, ph.d.-studerende Rikke C. Nielsen og adjunkt Thomas Lykke-Møller Sørensen.

Kalciumpumpen er et fascinerende eksempel på én af cellens nanomaskiner. Den er opbygget af et proteinmolekyle, som også kaldes Ca2+-ATPase. Kalciumpumpen genopretter kalcium-balancen i vore muskelceller efter kontraktion, så musklen afslappes. Denne pumpe tilhører en større familie af ionpumper, som er helt essentielle for liv. Mest berømt er nok natrium-kalium-pumpen, som blev opdaget af professor Jens Chr. Skou, der fik Nobelprisen herfor i 1997.

Artiklen, som nu publiceres i Science, er et resultat af et tværfagligt samarbejde mellem forskere på Molekylærbiologisk Institut og Institut for Fysiologi og Biofysik. Den følger op på en tidligere artikel om kalciumpumpen i juni dette år, også i Science. Dengang forklarede forskerne det første afgørende trin i den proces, hvorved kalcium pumpes ud af cellen. Nu har de taget det næste skridt og forklaret, hvordan der i ion-pumper foregår en mod-transport den anden vej. Resultaterne er opnået ved at sammenknytte røntgenkrystallografiske studier af pumpens tredimensionelle struktur (omkring 15.000 atomer) med biokemiske studier af pumpens funktion. Forskernes arbejde viser således, hvordan kalciumpumpen ændrer sin proteinstruktur under arbejde, ligesom motordele og stempler kører i en mekanisk pumpe. Det kan endog sammenfattes i en filmisk gengivelse af denne nanomaskine i aktion.

I juni viste Århus-forskerne, hvordan kalcium-transport af kalciumpumpen kobles med fosforylering fra stoffet ATP (adenosine triphosphate). ATP rummer kemisk energi og bruges i alle organismer som brændstof til energikrævende reaktioner, såsom altså at drive en ionpumpe. Men for at pumperne kan fungere godt, laver de også en mod-iontransport for at opretholde en elektrostatisk balance. Natrium-kalium-pumpen, som Jens Chr. Skou opdagede, overfører natrium den ene vej og kalium som mod-ion den anden vej. Tilsvarende transporterer kalciumpumpen protoner som modioner den anden vej.

Her sluttes ringen, idet forskerne nu har påvist, hvordan mod-transporten af protoner i kalciumpumpen tilsvarende er koblet med et såkaldt defosforyleringstrin - et afgørende trin, hvor pumpen returnerer til sit udgangspunkt og dermed genoptager sin funktionelle cyklus. Energi fra ATP udnyttes således af ionpumper i to trin: 1) ved fosforylering, hvor fosfat overføres fra ATP til pumpen, og 2) ved defosforylering, hvor fosfat fraspaltes igen. Disse overgange er koblet med henholdsvis ion- og modion-transport. Forskerholdet beskriver hermed ionpumpernes virkemåde ved en enkel og elegant mekanisme, som man i mere end 40 år har arbejdet på at forstå essensen af.

Yderligere oplysninger

Yderligere oplysninger fås ved henvendelse til lektor Poul Nissen
(e-post: pn@mb.au.dk), professor Jesper Møller (e-post: jvm@biophys.au.dk) og studerende Claus Olesen (e-post: co@biophys.au.dk).