Los bioquímicos de RIKEN han descubierto cómo una minúscula bomba en un microbio marino transporta iones negativos a la célula cambiando de forma cuando se activa con la luz. Además de proporcionar información sobre cómo funcionan estas bombas de iones, los hallazgos serán útiles para mejorar las herramientas basadas en la luz para la investigación del cerebro.

Muchas bacterias y algas unicelulares transportan iones dentro y fuera de sus células mediante bombas impulsadas por la luz. Al expulsar o aceptar iones, estas bombas permiten que las células regulen su contenido en relación con su entorno. Funcionan alterando su forma cuando son activados por la luz.

Estas bombas impulsadas por la luz no solo son de interés para los bioquímicos; los neurocientíficos los utilizan para sondear circuitos cerebrales en animales activando y desactivando neuronas en respuesta a la luz. Aprender cómo funcionan estas bombas permitirá a los investigadores del cerebro adaptarlas para esta aplicación.

Las bombas impulsadas por luz que transportan iones positivos a través de la membrana celular se han estudiado ampliamente, pero se sabe mucho menos sobre el funcionamiento de las bombas que transportan iones de cloruro negativos.

Ahora, Mikako Shirouzu y Toshiaki Hosaka en el Centro RIKEN para la Investigación de Dinámica de Biosistemas, Eriko Nango en el Centro RIKEN SPring-8 y sus compañeros de trabajo han utilizado un potente láser de rayos X, del cual solo hay unos pocos en el mundo. —para visualizar cómo cambia la forma de una bomba de iones de cloruro impulsada por luz durante el funcionamiento.

Observaron una bomba de cloro de una bacteria marina que se basa en la proteína sensible a la luz rodopsina, un pigmento biológico similar al de los receptores de luz del ojo humano. El equipo usó iones de bromuro y yoduro más grandes en lugar de iones de cloruro porque son más detectables por rayos X.

Los investigadores descubrieron que la bomba tenía un mecanismo intrigante para evitar que los iones de cloruro regresaran por donde vinieron. "Nos sorprendió descubrir que el residuo de aminoácido Asn98, que interactúa con el anión, evita el reflujo del ion una vez que ha pasado", dice Hosaka. "Por lo tanto, existe un mecanismo simple para transportar solo un ion con un solo cambio de forma".

Los resultados, publicados en Proceedings of the National Academy of Sciences , indican que las rodopsinas que bombean cloruro emplean un mecanismo común para mover los iones.

El equipo tiene la intención de estudiar otras proteínas haciéndolas primero sensibles a la luz. "La mayoría de las proteínas no responden a la luz, lo que las hace difíciles de controlar", dice Hosaka. "En el futuro, nos gustaría modificar las proteínas ordinarias para que respondan a la luz y así estudiar los cambios de forma de una gama más amplia de proteínas". + Explora más

Cómo introducir iones de cloruro en la célula