Naturliga kanalproteiner är integrerade i konstgjorda membran för att underlätta transporten av joner och molekyler. Forskare vid universitetet i Basel har nu för första gången kunnat mäta rörelsen hos dessa kanalproteiner. De rör sig upp till tio gånger långsammare än i sin naturliga miljö, nämligen cellmembranet. Som rapporterats i akademisk tidskrift Nanobokstäver , resultaten kan visa sig användbara för den pågående utvecklingen av nya applikationer som nanoreaktorer och konstgjorda organeller.

Membranen i cellerna i våra kroppar är bara cirka 4 till 5 nanometer tjocka och består av en komplex blandning av lipider och specifika membranproteiner, som också inkluderar kanalproteiner. Denna typ av cellmembran kan beskrivas som en flytande 2-D lösning, där komponenterna kan röra sig i sidled. Dessa rörelser inom membranet är beroende av flexibiliteten och flytbarheten hos komponenterna och bestämmer slutligen membranets funktionalitet.

Dynamiska kanalproteiner

Kemister vid National Centre of Competence in Research (NCCR) Molecular Systems Engineering som arbetar under professor Wolfgang Meier och professor Cornelia Palivan från University of Basel har nu integrerat tre olika kanalproteiner i artificiella membran med en tjocklek på 9 till 13 nanometer och har mätt deras rörelser för första gången. Forskarna började med att skapa stora membranmodeller med inbäddade och färgade kanalproteiner; de satte dem sedan på en glasyta och mätte dem med en enkelmolekylär mätmetod som kallas fluorescenskorrelationsspektroskopi. Alla tre kanalproteiner kunde röra sig fritt inom membranen av olika tjocklek - detta tog upp till tio gånger längre tid än i lipiddubbelskikten i deras naturliga miljö.

Flexibilitet är en nödvändighet

I tjockare membran, membranets byggstenar (polymererna) måste kunna kondensera runt kanalproteinerna för att ändra deras fasta storlek. Att göra så, membranbyggstenarna måste vara tillräckligt flexibla. Detta hade redan beskrivits i teorin. Forskarna vid universitetet i Basel har nu för första gången kunnat mäta detta i ett praktiskt experiment, som visar att ju tjockare membranet är, desto långsammare är rörelsen av kanalproteinet i jämförelse med rörelsen hos de faktiska polymererna som bildar membranet.

"Detta fenomen är i praktiken en lokal minskning av fluiditeten orsakad av kondensation av polymererna, " förklarar huvudförfattaren Fabian Itel. I huvudsak, dock, beteendet hos kanalproteinerna i de konstgjorda membranen är jämförbart med det i deras naturliga miljö, lipiddubbelskiktet, med tidsskalan för rörelserna ungefär tio gånger lägre. Forskningsprojektet fick finansiering från Swiss National Science Foundation och NCCR Molecular Systems Engineering.