Side 10

n MIKROSKOPI Naturens nanopumper fanget på film Avancerede mikroskoper tillader observation af enkelte molekylers bevægelser. Det er lykkedes en dansk forskningsgruppe at filme det protein, der transporterer Ca2+ ud af cellen, imens det pumper. På sigt kan disse enkelt-molekyle målinger bidrage til at forstå sygdomsforårsagende mutationer. Af Mateusz Dyla og Magnus Kjærgaard, Aarhus Universitet Levende organismer er langt fra ligevægt. Cellemembraner på et par nanometers tykkelse adskiller koncentrationsforskelle af ioner, der kan være på flere tusinde-fold. Disse gradienter gør det enormt favorabelt at transportere en ion fra en høj til en lav koncentration. Dette udnyttes overalt i biologien til at drive ufavorable biologiske processer. Mange processer drives af ion-gradienter, men vores laboratorie er primært interesserede i hjernens signalering. Celler sender kemiske signaler til hinanden ved hjælp af molekyler, som kaldes neurotransmittere. Når den modtagende celle har opfanget signalet, skal neurotransmitteren fjernes hurtigst muligt. Dette sker ved hjælp af en gruppe af membranproteiner, som kobler optagelsen af neurotransmitteren med optagelsen af en natrium-ion. Det er mere favorabelt at optage natrium-ionen end det er ufavorabelt at optage neurotransmit- Figur 1. Enkelt-molekyle mikroskoper bruger laserstråler som kraftige lyskilder. Her er et af instrumenterne fra iNANO ved Aarhus Universitet. 10 Dansk Kemi, 99, nr. 8, 2018 -

Side 11

MIKROSKOPI n Figur 2. Ionpumper kan opbygge store koncentrationsforskelle henover en cellemembran ved at gennemgå en cyklus af strukturændringer, der skiftevis åbner en ion-bindingslomme til inderog ydersiden. teren, og derfor kan processen forløbe uden yderligere forbrug af energi. I den modtagende nervecelle vil neurotransmitteren oftest aktivere en ionkanal. Ionkanalen er et membranprotein, der fungerer som en midlertidig passage for en bestemt type ioner. På grund af den store koncentrationsforskel vil ionerne hurtigt strømme ind i cellen. Nogle typer ioner som for eksempel calcium, binder til proteiner i cellen og igangsætter dermed en række biokemiske processer. Andre ioner, som for eksempel natrium og kalium, løber over membranen i så stort antal, at de midlertidigt ændrer den elektriske spænding hen over membranen. Denne spændingsændring kan forplante sig igennem celler og er hjørnestenen i nervesystemets kommunikation. Alle disse processer lader ioner løbe fra høj til lav koncentration. Dermed nedbryder de langsomt koncentrationsforskellene over membranen. Det svarer til en utæt jolle, der konstant tager vand ind. Den kan kun holdes oven vande ved konstant at øse vand ud. På samme måde er cellen konstant nødt til at pumpe ioner ud. Og ligesom den utætte jolle koster det meget energi. Molekylære pumper Jens Chr. Skou opdagede et protein, der transporterer natrium ud og kalium ind i cellen. En opdagelse, der i 1997 blev belønnet med Nobelprisen i kemi. Siden har man opdaget, at denne pumpe blot er et medlem af en stor familie af membranproteiner, der transporterer metal-ioner, protoner og endda lipider. Røntgenkrystallografi har afsløret mange detaljer om, hvordan pumperne fungerer på molekylært plan. Krystallografi kan lave en 3D-model, hvor man kan se hvert af de ca. 15.000 atomer i proteinet. Denne type studier har vist, at pumperne virker ved at åbne en ion-bindingslomme skiftevis indad og udad. Når pumpen bryder de energirige bindinger i ATP, forårsager det strukturelle ændringer i pumpen, der samtidigt åbner bindingslommen og ændrer styrken af pumpens ion-binding. Når disse strukturelle ændringer sker i den rigtige rækkefølge, flyttes ioner over membranen i en retning. s Automatiseret Dynamisk HeadSpace • til GC og GCMS • ppt niveau • følsomhed 50 x statisk headspace • følsomhed 10 x SPME • DHS - large volume • mulighed for DHS-FE MSCi MSCi Bøgesvinget 8 DK-2740 Skovlunde +45 44 53 93 66 info@msconsult.dk www.msconsult.dk - Dansk Kemi, 99, nr. 8, 2018 11
    ...