Waarom Pac-man er wel pap van lust

Muntjes en bolletjes weghappen in het speelveld, dat is het werk van happertje Pac-man in het gelijknamige computerspel. Ook het echte leven kent zo’n Pac-man, in de vorm van een rondhappend eiwit. De eetlust van dit eiwit is onlangs opgehelderd door Groningse onderzoekers.

16 december 2014

De wetenschappelijke naam voor dit Pac-man-eiwit is ABC-transporter. Deze eiwitten komen voor in de cellen van mensen, planten, dieren, bacteriën en zo’n beetje elke ander soort leven. Ze steken door het celmembraan, dat is het vliesje dat de cel omhult.

De naam transporter geeft al aan dat dit eiwit graag pakketjes vervoert. Dat doet het op de volgende manier. Het stuk dat uit de cel steekt, hapt voedingsstoffen als aminozuren en suikers op uit de omgeving, vandaar de vergelijking met Pac-man. Het stuk van het eiwit gelegen in het celmembraan loodst de voedingsstoffen naar binnen. Het deel aan de binnenkant van de cel bevat een moleculair motortje dat het hele systeem laat draaien.

Tijdens het vangen van voedingsstoffen, het transport en de bezorging verandert het eiwit van vorm. “We willen weten hoe dit allemaal exact werkt”, zegt Bert Poolman, hoogleraar biochemie aan de Rijksuniversiteit Groningen. In het blad Nature Structural & Molecuar Biology beschrijft zijn onderzoeksgroep deze maand in detail hoe Pac-man hapt.

Moeilijke eter

In het computerspel baant het happertje zich een weg door een wirwar van ‘etenswaren’ zoals bolletjes en vruchten. In tegenstelling tot de virtuele Pac-man is het transporteiwit in cellen een moeilijke eter: het lust alleen heel specifieke moleculen.

Er zijn twee theorieën die de eetlust van Pac-man aan de kaak stellen. In de eerste theorie is het eiwit continu aan het happen, net als in het computerspel. Verkeerde etenswaren spuugt hij uit. Maar vangt hij het juiste molecuul? Dan blijft de bek daarna dicht. Volgens het tweede idee staat de bek juist constant open totdat het goede molecuul voorbij komt, waarna hij dichtklapt.

Welke theorie klopt was altijd lastig onderzoeken. “Tot nu toe is het meeste onderzoek gedaan met grote aantallen eiwitten tegelijk, er zitten dan wel een biljard (een 1 met 16 nullen erachter) individuele transporteiwitten in je monster”, zegt Poolman op de website ScienceLinx. “Denk je eens in dat je vanuit een helikopter naar de marathon van Amsterdam kijkt. Dan kan je de gemiddelde snelheid van de deelnemers meten, maar je hebt geen idee hoe een individuele loper presteert.”

Met de kaken op elkaar

Om de werking van het eiwit uit te pluizen pakte Poolman het anders aan. Zijn studie richtte zich op individuele eiwitten. Net als het gele veelvraatje uit het computerspel heeft het hongerige eiwit een soort kaken. Op die twee kaken brachten de onderzoekers twee verschillende fluorescente stoffen aan. Door er met een laser op te schijnen gaat de eerste stof groen licht uitzenden. Dat groene licht activeert vervolgend de tweede stof, die als reactie daarop rood licht uitzendt.

In de celmembraan zitten eiwitten die voedingsstoffen uit de omgeving de cel in vervoeren.
Wikimedia Commons

Poolman: “Het mooie is dat de hoeveelheid rood licht die dit oplevert recht evenredig is met de afstand tussen beide merkers.” Dat betekent dat hoe verder de kaken uit elkaar liggen, hoe minder rood licht zichtbaar is. En de kaken staan ver uit elkaar bij een opengesperde bek. Met deze techniek konden de onderzoekers zichtbaar maken dat de bek van Pac-man open blijft staan totdat er een molecuul in terecht komt. “Ons fundamentele onderzoek heeft een gedetailleerd model opgeleverd van het transportproces, maar er is nog zeker meer onderzoek nodig”, aldus Poolman.

Dit nieuwsbericht is gebaseerd op een artikel van ScienceLinx over het Groningse onderzoek.

Bron:

Giorgos Gouridis e.a., ‘Conformational dynamics in substrate-binding domains influences transport in the ABC importer GlnPQ’, Nature Structural & Molecuar Biology, online gepubliceerd op 8 december 2014. doi:10.1038/nsmb.2929,