Triljoenen cellen - allemaal verschillende vormen en maten - vormen de structuur van een menselijk lichaam. Om elke cel zit een membraan, gezamenlijk optreden als gastvrouw en beveiliging - bepaalde informatie in de cel verwelkomen en ervoor zorgen dat de componenten niet in de leegte van het lichaam terechtkomen. Er is veel bekend over hoe de afzonderlijke stukjes van een cel werken, maar een significant begrip van hoe eiwitten interageren met het celmembraan is tot nu toe een mysterie gebleven, naar aanleiding van een recente studie aan de Universiteit van Missouri.

"Als je nadenkt over de fundamentele componenten van levende systemen, eiwitten behoren tot de belangrijkste, precies daar met nucleïnezuren, " zei Gavin King, een universitair hoofddocent natuurkunde aan het College of Arts and Science aan de MU, en gezamenlijk universitair hoofddocent biochemie. "Eiwitten voeren meer activiteit uit in de cel in vergelijking met DNA."

Eiwitten zijn de werkpaarden van een cel. Ongeveer 30 procent van de eiwitten in een bepaalde cel hebben vaak een wisselwerking met membranen of bevinden zich in membranen om de stroom van informatie en materialen in en uit cellen te vergemakkelijken en te reguleren. Met behulp van zeer nauwkeurige atoomkrachtmicroscopie-experimenten, King's team heeft de kracht gemeten die nodig is om eiwitten uit het membraan te laten breken.

"Stel je voor dat je gaat vissen, en je hengel is een krachtmicroscoop, " zei King. "Aan het uiteinde van onze hengel bevestigden we een kunstaas, of in dit geval een heel kort eiwit. Op een zeer zorgvuldige en gecontroleerde manier, we laten de hengel zakken tot in de buurt van een membraan. Op een manier die we niet kunnen controleren of direct kunnen observeren, het kunstaas wordt vaak gebeten door de vis, wat in dit geval het membraan is. Als de vis bijt, we kunnen het kunstaas terugtrekken en we kunnen vragen hoeveel kracht er nodig is om het kunstaas uit de bek van de vis te halen. Wat ons verraste, is dat als je hetzelfde experiment herhaaldelijk doet, je krijgt verschillende resultaten. We hadden moeite om een ​​model te vinden dat bij deze complexiteit paste."

Om deze vraag te beantwoorden, Ioan Kosztin, een professor in de natuurkunde aan de Hogeschool voor Kunsten en Wetenschappen van MU, werkte samen met King en ontwikkelde een theoretisch model dat aantoont dat er meer dan één manier is waarop een eiwit zich kan losmaken van het membraan via verschillende routes. Ze ontdekten dat de eiwit-membraan-interactie een "catch-bond" -gedrag kan vertonen.

"Catch-bond-gedrag is vergelijkbaar met een Chinese vingerval, waar contra-intuïtief, hoe harder men aan de val trekt, hoe sterker de val terugtrekt, " zei Kosztin. "Hoewel vergelijkbaar gedrag eerder is beschreven op cellulair niveau, voor zover we weten, dit is het eerste rapport voor eiwit-membraan interacties."

De onderzoekers hopen dat deze ontdekking een basis zal vormen voor toekomstige studies over signaalroutes in cellen en hoe medicijnen cellulaire functies variëren.

De studie, "Meerdere stochastische routes in geforceerde loslating van peptide-lipidemembraan" werd gepubliceerd in Wetenschappelijke rapporten .