Biljoner celler - alla olika former och storlekar - bildar en människokropps struktur. Runt varje cell finns ett membran, agerar gemensamt som värdinna och säkerhet – välkomnar viss information in i cellen samtidigt som de ser till att dess komponenter inte rinner ut i kroppens tomrum. Mycket är känt om hur de enskilda delarna av en cell fungerar, men en betydande förståelse för hur proteiner interagerar med cellmembranet har förblivit ett mysterium tills nu, efter en nyligen genomförd studie vid University of Missouri.

"När du tänker på de grundläggande komponenterna i levande system, proteiner är bland de viktigaste, där uppe med nukleinsyror, sa Gavin King, en docent i fysik vid College of Arts and Science vid MU, och gemensam docent i biokemi. "Proteiner utför mer aktivitet i cellen jämfört med DNA."

Proteiner är en cells arbetshästar. Cirka 30 procent av proteinerna i en given cell interagerar ofta med membran eller finns i membran för att underlätta och reglera flödet av information och material in och ut ur celler. Med hjälp av atomkraftmikroskopexperiment med hög precision, Kings team mätte kraften som krävdes för att proteiner skulle bryta sig loss från membranet.

"Tänk dig att du ska fiska, och ditt fiskespö är ett kraftmikroskop, " sa King. "I änden av vårt fiskespö fäste vi ett bete, eller i det här fallet ett riktigt kort protein. På ett mycket noggrant och kontrollerat sätt, vi sänker fiskespöet i närheten av ett membran. På ett sätt som vi inte kan kontrollera eller direkt observera, beten blir ofta biten av fisken, vilket i detta fall är membranet. När fisken biter, vi kan dra tillbaka beten och vi kan fråga hur mycket kraft som krävs för att få ut beten ur fiskens mun. Det som förvånade oss är att om du gör samma experiment upprepade gånger, du får olika resultat. Vi kämpade för att hitta en modell som kunde passa denna komplexitet."

För att svara på denna fråga, Ioan Kosztin, professor i fysik vid College of Arts and Science vid MU, samarbetade med King och utvecklade en teoretisk modell som visar att det finns mer än ett sätt att ett protein kan bryta sig loss från membranet på flera olika vägar. De upptäckte att interaktionen mellan protein och membran kan uppvisa ett "fångningsbindande" beteende.

"Catch-bond beteende liknar en kinesisk fingerfälla, där kontraintuitivt, ju hårdare man drar i fällan, ju starkare fällan drar tillbaka, " Sa Kosztin. "Även om liknande beteende har beskrivits tidigare på cellnivå, så vitt vi vet, detta är den första rapporten för protein-membran-interaktioner."

Forskarna hoppas att denna upptäckt kommer att ge en grund för framtida studier om signalvägar i celler och hur läkemedel varierar cellulära funktioner.

Studien, "Multiple stochastic pathways in forced peptide-lipid membrane detachment" publicerades i Vetenskapliga rapporter .