Je leest:

Bacterie met een bioritme

Bacterie met een bioritme

Auteur: | 2 mei 2007

Wat hebben mensen, bacteriën, dieren en planten gemeen? Weinig, zou je zo op het eerste gezicht zeggen. Maar als je binnenin deze organismen gaat kijken blijkt dat er wel degelijk een overeenkomst is. Al deze soorten hebben een biologische klok die ervoor zorgt dat je een 24-uursritme hebt: ’s nachts slaap je en overdag ben je wakker.

Lang hebben onderzoekers gedacht dat bacteriën te klein en te simpel zijn voor een biologische klok. Twintig jaar geleden ontdekten onderzoekers tijdens een experiment dat bepaalde bacteriën, cyanobacteriën, wel een biologische klok hebben. Hoe de klok precies werkte, wist men nog niet. Uit een tweede experiment bleek wel dat er drie eiwitten betrokken zijn, maar hoe die precies samenwerkten wisten ze niet. Nu hebben onderzoekers uit Amsterdam een wiskundig model gemaakt. Dit is een computerprogramma dat het ritme van de bacterie nadoet. Hiermee kunnen de onderzoekers begrijpen hoe de klok werkt.

afb.1: cyanobacteriën

Fosforylering

Uit het tweede experiment en uit het model blijkt dat er drie verschillende eiwitten zijn, die samen het ritme van de bacterie bepalen. Eén van deze eiwitten, KaiC, krijgt overdag een aantal fosfaatgroepen aan zich ‘geplakt’. Dit proces heet fosforylering. ‘s Avonds hebben de meeste KaiC-eiwitten fosfaatgroepen en deze eiwitten zorgen er dan voor dat processen zoals celdeling gestopt worden. De bacterie ’slaapt’ dan. ‘s Nachts worden de fosfaatgroepen weer losgekoppeld (defosforylering) en als de meeste groepen los zijn, wordt de bacterie weer ’wakker’. Dan begint het proces van fosforylering opnieuw. Er ontstaat dus een cyclus van fosforylering en defosforylering. Zo heeft ook een bacterie een ritme!

afb 2: KaiC-eiwit. Bron: Sabuj and Rekha Pattanayek, Martin Egli lab, Vanderbilt University

Om ervoor te zorgen dat de bacterie inactief wordt, moeten alle KaiC eiwitten tegelijkertijd zo veel mogelijk fosfaatgroepen hebben. Als alle eiwitten in een andere fase zitten: de één meer fosfaatgroepen dan de ander, dan ontstaat er nooit een ritme. Twee andere eiwitten, KaiA en KaiB, zorgen ervoor dat de meeste KaiC’s op hetzelfde moment gefosforyleerd zijn. Eiwitten die al verder zijn (en dus al meer fosfaatgroepen hebben gebonden) worden afgeremd en eiwitten die achterlopen worden aangespoord om meer fosfaatgroepen te binden.

afb 3: grafiek uit het wiskundige model. Te zien is in welke mate (p) de KaiC-eiwitten gefosforyleerd zijn. Ook is te zien dat er een 24-ritme heerst in de bacterie. Bron: van Zon

Waarom een ritme?

De eiwitten vormen zo het raderwerk van de biologische klok van de bacterie. Maar waarom heeft een cyanobacterie een ritme nodig? Cyanobacteriën produceren zuurstof en kunnen stikstof binden. Alle organismen hebben stikstof nodig. De cyanobacterie kan stikstof binden met behulp van het enzym nitrogenase. Er is één probleem: nitrogenase wordt vernietigd door zuurstof. Beide processen, zuurstofproductie en stikstofbinding, kunnen dus niet tegelijk plaatsvinden. En dit is waar de biologische klok om de hoek komt. Overdag produceert de bacterie zuurstof en ’s nachts bindt het stikstof!

Bron

van Zon et al. (2007) An allosteric model of circadian KaiC phosphorylation PNAS

Zie ook:

Bezoek de website van het <A HREF=“http://www.nibi.nl”OnMouseOut=“window.status=”;return true"OnMouseOver=“window.status=”return true">NIBI

Dit artikel is een publicatie van Nederlands Instituut voor Biologie (NIBI).
© Nederlands Instituut voor Biologie (NIBI), sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 02 mei 2007

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.