Fosforholdigt lipidmolekyle samler sig selv til en kubisk struktur

For første gang, forskere har observeret et fosforholdigt lipidmolekyle, der samles af sig selv for at danne terninger. Forskning udført på faciliteter herunder DESY har vist, at den usædvanlige form skyldes særlige bindinger i det syntetiske molekyle, et bestemt fosfolipid. Fosfolipider spiller en vigtig rolle i levende organismer, danner membraner, blandt andet. De nye resultater øger forståelsen af ​​de kræfter, der virker i biologiske membraner og kan åbne op for nye veje inden for medicin. Forskerne ledet af Andreas Zumbühl fra universitetet i Fribourg i Schweiz præsenterer deres resultater i tidsskriftet Angewandte Chemie .

Deres specielle kemiske struktur gør det muligt for fosfolipider at samle sig selv og danne membraner bestående af to forbundne lag af molekyler. Disse er en nøglekomponent i de biologiske membraner, der adskiller de forskellige dele af en levende celle. Membraner lavet af fosfolipider kan også automatisk danne tredimensionelle, lukkede strukturer, fx i vand, hvor de producerer såkaldte vesikler.

Normalt, sådanne vesikler er sfæriske i form, for at minimere overfladespændingen. Imidlertid, den 1, 2-diamidophospholipid nu analyseret af forskerne producerer kubiske vesikler ved stuetemperatur. Dette skyldes, at dette fosfolipid danner meget tætpakkede og derfor meget stive lag, som er meget svære at bøje, takket være særlige bindinger, kendt som hydrogenbindinger, som minimerer afstanden mellem molekylerne. Når det samles som en tredimensionel struktur, membranen fortsætter med at favorisere flade overflader og strukturer med så få kanter som muligt, betingelser, der opfyldes af en terning.

Dets usædvanlige struktur kunne gøre dette fosfolipid interessant til medicinske anvendelser, for eksempel at levere medicin til bestemte dele af kroppen. "Kanterne af kuben er dannet af det ydre molekylære lag, hvorimod det indre lag her har en diskontinuitet. Denne membrandefekt betyder, at strukturen kan gå i stykker der, hvis kuben rystes, " forklarer Zumbühl. Et lægemiddel, der er blevet indkapslet i kuben, kan derfor frigives på en kontrolleret måde. "Man kan for eksempel indkapsle et lægemiddel, der opløser blodpropper og bruge dette i en nødsituation efter et hjerteanfald. Høje forskydningsspændinger vil blive udøvet på kuben i en blokeret arterie, frigivelse af stoffet på netop det sted, hvor det kan gøre mest gavn, " siger Zumbühl. Den terning, der i øjeblikket undersøges, er ikke i sig selv egnet til sådanne applikationer, imidlertid, da den endnu er for skrøbelig.

For holdet af forskere, det undersøgte fosfolipid er mest af alt et vigtigt skridt på vejen mod et større mål:"Vi vil gerne forstå, hvilke kræfter der virker i membranen, så vi senere bevidst kan påvirke disse. Dette ville give os mulighed for at bruge fosfolipider som en slags byggemateriale, for at konstruere specifikke strukturer på cellulært niveau, " siger Zumbühl. For at forstå de præcise detaljer om fosfolipiderne, forskerne syntetiserer visse molekyler, ændre deres struktur og egenskaber lidt hver gang, for at se hvilken effekt dette har. Fordi en lille ændring i strukturen af ​​et fosfolipid kan have stor effekt.

Strålelinjen P08 ved DESY's røntgenkilde PETRA III skulle udstyres specielt til den slags strukturelle undersøgelser ved grænsen mellem luft og vand. "Takket være optimeringen af ​​vores opsætning og den nøjagtige kontrol af de temperaturer og tryk, der virker på membranerne, selv overfladetrykket i et individuelt lag af 1, 2-diamidophospholipid kunne bestemmes, " forklarer beamline-forsker Olof Gutowski fra DESY, hvem gjorde disse målinger mulige. Resultatet overraskede forskerne:"I 30 år, det har generelt været antaget, at trykket i en biologisk membran skal være relativt højt, omkring 30 Millinewton per meter, " siger Zumbühl. "I membranen vi studerede, imidlertid, trykket skal være betydeligt lavere, omkring 5 til 10 Millinewton per meter. Dette sætter spørgsmålstegn ved den langvarige tommelfingerregel."