Transporte de alta y baja afinidad-Mecanismos de transporte de potasio

La relación entre los genes que codifican para los transportadores y modalidades de transporte de potasio han sido algo controvertidas (Ariño et al., 2010). Se ha mencionado que antes del aislamiento de los genes TRK, la existencia de una modalidad dual de entrada de potasio, mostraba alta o baja afinidad por el catión (Rodríguez-Navarro y Ramos, 1984). Ya que la falta de Trk1 producía un incremento en los requerimientos de potasio y defectos en su transporte, esta proteína fue propuesta para ser el transportador de alta afinidad de potasio y por la misma razón, el gen ortólogo TRK2 fue considerado el que codificaba el sistema de baja afinidad. La idea fue reforzada por la modesta contribución de Trk2 a la captación de potasio en la cepa silvestre y por la baja entrada de potasio mediada por Trk2 en las cepas trk1 TRK2 (Ko et al., 1990; Vidal et al., 1995). Sin embargo, este escenario era demasiado sencillo, ya que por una parte mostraba que Trk2 podía ser un transportador de afinidad alta/moderada y por otra, presentaba un proceso de transporte residual de potasio, con una Km en un rango mM comparable con los

mutantes que carecían de ambos genes (Madrid et al., 1998).

Es interesante resaltar la relación entre los genes TRK y la existencia de diferentes modalidades de transporte de potasio. En la cepa silvestre, la mayor parte de la entrada de potasio es mediada por Trk1, el cual puede funcionar como un transportador de alta o baja afinidad de acuerdo al crecimiento y estatus de potasio en la célula. Además, la cepa silvestre creciendo sin limitaciones de potasio, mostraría la modalidad de transporte de baja afinidad, sin embargo después de un período de ayuno de potasio, se presentaría el transporte de alta afinidad. Trk2 podría también transportar potasio con una afinidad moderada alta, sin embargo el gen se expresa limitadamente bajo estas condiciones. Esta actividad pudiera ser enmascarada por la presencia de TRK1.

En cepas carente de ambos transportadores, un proceso de transporte ectópico podría actuar. Este proceso independiente de Trk muestra una muy baja afinidad (con una Km en rango milimolar) y un sistema de transporte que realmente no está claramente

definido, aunque algunas pistas acerca de la naturaleza de estos transportadores pudiera estar relacionada con las actividades de otros transportadores, como el canal NSC1 o el exportador de droga Qdr2 (Ariño et al., 2010). La utilización de técnicas electrofisiológicas permitió medir las corrientes generadas por el potasio y que fueron detectadas en mutantes trk1 trk2 y en el canal involucrado en el proceso (NSC1). Este canal parece un

15

candidato potencial la captación de potasio de muy baja afinidad en los mutantes trk1 trk2. Esta actividad se encuentra bloqueada por concentraciones milimolares de calcio y otros cationes bivalentes. Esta es desbloqueada al disminuir la cantidad de metales bivalentes a aproximadamente 10 µM y es independiente de los otros transportadores de potasio identificados Tok1, Trk1 y Trk2 (Bihler et al., 1998). Los análisis mediante patch-clamping de NSC1, señalan que este canal podría contrarrestar en parte la inhibición en el crecimiento impuesta por la disrupción de los transportadores de potasio Trk1 y Trk2. Luego se propuso como una ruta primaria de entrada de baja afinidad de iones de potasio en levaduras. Dentro de los factores que suprimen la actividad de NSC1 e inhiben el crecimiento del doble mutante trk1 trk2, se encuentran la alta concentración de calcio, pH extracelular ácido, higromicina B y en menor grado el tetraetilamonio. El crecimiento del doble mutante trk1 trk2 es también inhibido por litio y amonio, sin embargo, estos iones no inhiben a NSC1, pero entran a la célula por medio de este canal. La inhibición del crecimiento por iones de litio es probablemente un efecto tóxico, mientras que la inhibición del crecimiento por amonio probablemente es consecuencia de inhibición competitiva, es decir, sustitución de potasio por amonio (Bihler et al., 2002). Recientemente se han identificado un par de proteínas homólogas transmembranales con afinidad extracelular por potasio, Kch1 y Kch2 (Prm6), como componentes necesarios para la activación del mecanismo HACS (sistema de entrada de alta afinidad por calcio). Cuando se induce su sobreexpresión, Kch1 y Kch2, localizadas en la membrana plasmática, activan el sistema HACS, de manera que este depende del potasio extracelular. Estas proteínas también promueven el crecimiento de mutantes trk1 trk2, en bajas concentraciones de potasio, sugiriendo que promueven la captación de potasio por lo que aparecen como candidatas que relacionen NSC1 y el proceso de transporte ectópico en los mutantes trk1,2 (Stefan et al., 2013).

En relación a los mecanismos de transporte de potasio, este se acumula en las levaduras en contra de un amplio rango de gradientes de concentración. Mientras que las concentraciones intracelulares potasio están entre 200 a 300 mM, el potasio extracelular puede estar en un rango micromolar. Las levaduras se adaptan a cambios en las condiciones ambientales y el mecanismo de transporte puede no ser el mismo bajo diferentes condiciones de crecimiento (Ariño et al., 2010).

La ATPasa de la membrana plasmática expulsa protones fuera de la célula y crea un potencial de membrana que atrae el potasio hacia el interior de la célula. Los resultados utilizando diversas sondas (-100/-125 mV) parecen subestimar el potencial real de la

16

membrana. De acuerdo a la ecuación de Nernst y asumiendo que el potencial de membrana está cercano a -300 mV, la existencia de un uniportador de potasio podría explicar el gradiente de potasio intracelular/potasio extracelular observado. Sin embargo, bajo ciertas condiciones como un potasio bajo en combinación con un pH externo ácido, donde las células están menos hiperpolarizadas, un uniporte no podría cubrir los requerimientos celulares y un proceso activo es probablemente requerido en S. cerevisiae. En este caso la ATPasa de potasio o un mecanismo podría explicar la captación activa de potasio. La posible existencia de una ATPasa de potasio ha recibido poco apoyo durante los últimos veinte años y además, sistemas similares al ACU (captación de cationes alcalinos) que son ATPasas presentes en Ustilago maydis o Pichia sorbitophila no están presentes en S. cerevisiae (Benito et al., 2004). Por otra parte el funcionamiento de un simporte K ⁺/H ⁺ ha sido apoyado por el hecho de que dos sitios de unión a cationes están presentes en el transportador de potasio de la levadura y por la existencia de un simporte en Neurospora crassa (Rubio et al., 1995). La posibilidad de que el sistema Trk funcione como un simporte K ⁺-Na ⁺ similar a los descritos en plantas no se puede descartar y el hecho de que la familia de transportadores HKT/TRK es muy específica para cationes metálicos alcalinos en plantas podría tomarse como una indicación de que un mecanismo de transporte de potasio y sodio puede operar en S. cerevisiae (Haro et al., 2005).