Proteiner i lipidmembran är en av de grundläggande byggstenarna för biologisk funktionalitet. Lawrence Livermore-forskare har listat ut hur man kan efterlikna deras roll med kolnanorörporiner.

Med hög hastighet, atomkraftsmikroskopi (HS-AFM), teamet visade att en ny typ av biomimetisk kanal - kolnanorörporiner (CNTP) - också är lateralt rörlig i stödda lipidmembran, speglar biologiskt proteinbeteende.

Forskningen öppnar dörren för att använda CNTP som modeller för att studera membranproteinfysik, samt mångsidiga och mobila komponenter för artificiella celler och hybridsystem som kombinerar biologiska celler och konstgjorda komponenter.

Lipidmembran representerar en av de grundläggande komponenterna i livets arkitektur eftersom de tillhandahåller en mångsidig matris för en mängd olika membranproteiner som kan utföra en mängd olika uppgifter inklusive molekylär igenkänning och signaltransduktion, metabolittransport och membranombyggnad.

Lipidmembranets 2D-vätskenatur gör det inte bara möjligt för det att anpassa sig till en mängd olika former, men tillåter också membranproteiner att diffundera inom detta 2D-plan, möjliggör många viktiga biologiska processer.

"För att förstå den grundläggande fysiken för proteinrörelse i lipidmembranet, vi behövde ett tillvägagångssätt som skulle kombinera enkla och robusta membranproteinmodeller med avbildnings- och spårningsmetoder som kan följa membranrörelser på relevanta längd- och tidsskalor, sa Yuliang Zhang, en LLNL-postdoktor och huvudförfattare till en artikel i tidskriften, Philosophical Transactions of the Royal Society B .

Teamet skapade enkla och mångsidiga artificiella membranporekvivalenter - CNTPs - som är gjorda av korta segment av enkelväggiga kolnanorör som kan självinföras i lipidmembranet och bilda en transmembranpor. Dessa mycket enkla föremål visar en mängd beteenden som liknar membranproteinporer:de kan transportera vatten, joner och protoner över membranet.

"Vi fann att CNTPS kunde reproducera en annan nyckelegenskap hos membranproteiner - deras förmåga att diffundera i lipidmembranet, sa Alex Noy, LLNL-forskare och huvudutredare på CNTP-projektet. "Höghastighets AFM-avbildning kan fånga realtidsdynamiken för CNTP-rörelser i det stödda lipid-dubbelskiktsmembranet."

Zhang sa att studien visar att likheterna mellan CNTP och biologiska membranporer inte bara inkluderar liknande transportegenskaper, men också förmågan att röra sig i sidled i membranet.

Andra LLNL-forskare inkluderar Ramya Tunuguntla och Pyung-On Choi. Forskningen visas i 20 juni-upplagan av Philosophical Transactions of the Royal Society B .