Hvordan naturlige kanalproteiner bevæger sig i kunstige membraner

Naturlige kanalproteiner er integreret i kunstige membraner for at lette transporten af ​​ioner og molekyler. Forskere ved universitetet i Basel har nu været i stand til at måle bevægelsen af ​​disse kanalproteiner for første gang. De bevæger sig op til ti gange langsommere end i deres naturlige miljø, nemlig cellemembranen. Som rapporteret i akademisk tidsskrift Nano bogstaver , resultaterne kan vise sig nyttige for den igangværende udvikling af nye applikationer såsom nanoreaktorer og kunstige organeller.

Membranerne i cellerne i vores kroppe er kun cirka 4 til 5 nanometer tykke og består af en kompleks blanding af lipider og specifikke membranproteiner, som også omfatter kanalproteiner. Denne form for cellemembran kan beskrives som en flydende 2-D opløsning, hvor komponenterne er i stand til at bevæge sig sideværts. Disse bevægelser inde i membranen er afhængige af komponenternes fleksibilitet og fluiditet og bestemmer i sidste ende membranens funktionalitet.

Dynamiske kanalproteiner

Kemikere ved National Center of Competence in Research (NCCR) Molecular Systems Engineering, der arbejder under professor Wolfgang Meier og professor Cornelia Palivan fra University of Basel, har nu integreret tre forskellige kanalproteiner i kunstige membraner på 9 til 13 nanometer i tykkelse og har målt deres bevægelser for første gang. Forskerne begyndte med at skabe store membranmodeller med indlejrede og farvede kanalproteiner; de satte dem derefter på en glasoverflade og målte dem ved hjælp af en enkelt-molekyle-målemetode kendt som fluorescenskorrelationsspektroskopi. Alle tre kanalproteiner var i stand til at bevæge sig frit inden for membranerne af forskellige tykkelser - dette tog op til ti gange længere tid end i lipid-dobbeltlagene i deres naturlige miljø.

Fleksibilitet er en nødvendighed

I tykkere membraner, membranens byggesten (polymererne) skal kunne kondensere omkring kanalproteinerne for at ændre deres faste størrelse. For at gøre det, membranbyggestenene skal være tilstrækkeligt fleksible. Dette var allerede blevet beskrevet i teorien. Det har forskerne ved universitetet i Basel nu for første gang kunnet måle i et praktisk eksperiment, viser, at jo tykkere membranen er, jo langsommere er bevægelsen af ​​kanalproteinet i forhold til bevægelsen af ​​de faktiske polymerer, der danner membranen.

"Dette fænomen er faktisk et lokalt fald i fluiditet forårsaget af kondensering af polymererne, " forklarer hovedforfatter Fabian Itel. Kort sagt, imidlertid, kanalproteinernes adfærd i de kunstige membraner er sammenlignelig med adfærden i deres naturlige miljø, lipid-dobbeltlaget, med tidsskalaen for bevægelserne cirka ti gange lavere. Forskningsprojektet modtog støtte fra Swiss National Science Foundation og NCCR Molecular Systems Engineering.