Nanoskala velcro brugt til molekyletransport

Biologiske membraner er som en bevogtet grænse. De adskiller cellen fra miljøet og kontrollerer samtidig import og eksport af molekyler. Den nukleare membran kan krydses via mange bittesmå porer. Forskere ved Biozentrum og det schweiziske nanovidenskabsinstitut ved universitetet i Basel, sammen med et internationalt team af forskere, har opdaget, at proteiner, der findes i kerneporen, fungerer på samme måde som en velcro. I Naturnanoteknologi , de rapporterer, hvordan disse proteiner kan bruges til kontrolleret og selektiv transport af partikler.

Der er meget trafik i vores celler. Mange proteiner, for eksempel, behov for at rejse fra deres produktionssted i cytoplasmaet til kernen, hvor de bruges til at læse genetisk information. Porer i kernemembranen muliggør transport af dem ind og ud af cellekernen. Argovia-professor Roderick Lim, fra Biozentrum og det schweiziske nanovidenskabsinstitut ved universitetet i Basel, studerer det biofysiske grundlæggende i denne transport. For bedre at forstå denne proces, han har skabt en kunstig model af atomporekomplekset, sammen med forskere fra Lausanne og Cambridge, hvilket har ført til opdagelsen af, at dets proteiner fungerer som en "velcro" i nanoskala, som kan bruges til at transportere de mindste partikler.

"Snavset velcro" inde i den nukleare pore

Nukleare porer er proteinkomplekser i kernemembranen, der muliggør molekylær udveksling mellem cytoplasma og kerne. Drivkraften er diffusion. Nukleare porer er foret med "velcro"-lignende proteiner. Kun molekyler specielt markeret med importproteiner kan binde til disse proteiner og dermed passere poren. Men for alle ikke-bindende molekyler fungerer kerneporen som en barriere. Forskerne postulerede, at transport afhænger af styrken af ​​binding til "velcro" -lignende proteiner. Bindingen skal være lige så stærk, at molekyler, der skal transporteres, kan binde, men samtidig ikke for tæt, så de stadig kan diffundere gennem poren.

I et kunstigt system, der genskaber den nukleare pore, forskerne testede deres hypotese. De coatede partikler med importproteiner og studerede deres adfærd på den molekylære "velcro". Interessant nok, forskerne fandt paralleller i adfærd til velcrobåndet, som vi kender det. På "ren velcro", partiklerne klæber med det samme. Imidlertid, når "velcroen" er fyldt eller "snavset" med importproteiner, det er mindre klæbende, og partiklerne begynder at glide hen over dens overflade blot ved diffusion. "Forståelsen af, hvordan transportprocessen fungerer i det nukleare porekompleks, var afgørende for vores opdagelse, " siger Lim. "Med nanoskalaen 'velcro' skulle vi være i stand til at definere den vej, der skal tages, samt fremskynde transporten af ​​udvalgte partikler uden at kræve ekstern energi."

Potentielle lab-on-a-chip teknologiapplikationer

Lims undersøgelser af biomolekylære transportprocesser danner grundlaget for opdagelsen af ​​dette bemærkelsesværdige fænomen, at partikler kan transporteres selektivt med en molekylær "velcro". "Dette princip kunne finde meget praktiske anvendelser, f.eks. som transportbånd i nanoskala, rulletrapper eller spor, "forklarer Lim. Dette kan også potentielt anvendes til yderligere at miniaturisere lab-on-chip-teknologi, små laboratorier på chips, hvor denne nyopdagede transportmetode ville gøre nutidens komplekse pumpe- og ventilsystemer forældede.