Eiwitten in lipidemembranen zijn een van de fundamentele bouwstenen van biologische functionaliteit. Onderzoekers van Lawrence Livermore hebben ontdekt hoe ze hun rol kunnen nabootsen met behulp van koolstofnanobuisjes.

Met behulp van hoge snelheid, atomaire krachtmicroscopie (HS-AFM), het team toonde aan dat een nieuw type biomimetisch kanaal - koolstofnanobuisporines (CNTP's) - ook lateraal mobiel is in ondersteunde lipidemembranen, spiegelend biologisch eiwitgedrag.

Het onderzoek opent de deur om CNTP's te gebruiken als modellen om membraaneiwitfysica te bestuderen, evenals veelzijdige en mobiele componenten voor kunstmatige cellen en hybride systemen die biologische cellen en door de mens gemaakte componenten combineren.

Lipidemembranen vormen een van de fundamentele componenten van de architectuur van het leven omdat ze een veelzijdige matrix bieden voor een verscheidenheid aan membraaneiwitten die een verscheidenheid aan taken kunnen uitvoeren, waaronder moleculaire herkenning en signaaltransductie, metaboliettransport en membraanremodellering.

De 2D-vloeibare aard van het lipidemembraan zorgt er niet alleen voor dat het zich aan verschillende vormen aanpast, maar laat ook membraaneiwitten toe om binnen dit 2D-vlak te diffunderen, waardoor veel belangrijke biologische processen mogelijk zijn.

"Om de fundamentele fysica van eiwitbeweging in het lipidemembraan te begrijpen, we hadden een benadering nodig die eenvoudige en robuuste membraaneiwitmodellen zou combineren met beeldvormings- en trackingbenaderingen die membraanbeweging op de relevante lengte- en tijdschalen kunnen volgen, " zei Yuliang Zhang, een LLNL postdoctoraal onderzoeker en hoofdauteur van een paper in het tijdschrift, Filosofische transacties van de Royal Society B .

Het team creëerde eenvoudige en veelzijdige kunstmatige membraanporie-equivalenten - CNTP's - die zijn gemaakt van korte segmenten van enkelwandige koolstofnanobuisjes die zichzelf in het lipidemembraan kunnen inbrengen en een transmembraanporie vormen. Deze zeer eenvoudige objecten vertonen een schat aan gedragingen die vergelijkbaar zijn met de poriën van membraaneiwitten:ze kunnen water transporteren, ionen en protonen over het membraan.

"We ontdekten dat de CNTPS een andere belangrijke eigenschap van membraaneiwitten kon reproduceren - hun vermogen om in het lipidemembraan te diffunderen, " zei Alex Noy, LLNL-wetenschapper en hoofdonderzoeker van het CNTP-project. "High-speed AFM-beeldvorming kan realtime dynamiek van CNTP-beweging vastleggen in het ondersteunde lipide dubbellaagsmembraan."

Zhang zei dat de studie aantoont dat de overeenkomsten tussen CNTP's en biologische membraanporiën niet alleen vergelijkbare transporteigenschappen omvatten, maar ook het vermogen om lateraal in het membraan te bewegen.

Andere LLNL-onderzoekers zijn Ramya Tunuguntla en Pyung-On Choi. Het onderzoek verschijnt in de 20 juni-editie van: Filosofische transacties van de Royal Society B .