Natuurlijke kanaaleiwitten zijn geïntegreerd in kunstmatige membranen om het transport van ionen en moleculen te vergemakkelijken. Onderzoekers van de Universiteit van Basel hebben nu voor het eerst de beweging van deze kanaaleiwitten kunnen meten. Ze bewegen tot tien keer langzamer dan in hun natuurlijke omgeving, namelijk het celmembraan. Zoals gerapporteerd in academisch tijdschrift Nano-letters , de resultaten kunnen nuttig zijn voor de voortdurende ontwikkeling van nieuwe toepassingen zoals nanoreactoren en kunstmatige organellen.

De membranen van de cellen in ons lichaam zijn slechts ongeveer 4 tot 5 nanometer dik en bestaan ​​uit een complex mengsel van lipiden en specifieke membraaneiwitten, die ook kanaaleiwitten omvatten. Dit soort celmembraan kan worden omschreven als een vloeibare 2D-oplossing, waarin de componenten zijdelings kunnen bewegen. Deze bewegingen binnen het membraan zijn afhankelijk van de flexibiliteit en vloeibaarheid van de componenten en bepalen uiteindelijk de functionaliteit van het membraan.

Dynamische kanaaleiwitten

Chemici van het National Center of Competence in Research (NCCR) Molecular Systems Engineering, die werken onder professor Wolfgang Meier en professor Cornelia Palivan van de Universiteit van Basel, hebben nu drie verschillende kanaaleiwitten geïntegreerd in kunstmatige membranen van 9 tot 13 nanometer dik en hebben hun bewegingen voor het eerst. De onderzoekers begonnen met het maken van grote membraanmodellen met ingebedde en geverfde kanaaleiwitten; ze legden ze vervolgens op een glazen oppervlak en maten ze met behulp van een meetmethode met één molecuul die bekend staat als fluorescentiecorrelatiespectroscopie. Alle drie de kanaaleiwitten konden vrij bewegen binnen de membranen van verschillende diktes - dit duurde tot tien keer langer dan in de lipidedubbellagen van hun natuurlijke omgeving.

Flexibiliteit is een noodzaak

Bij dikkere membranen, de bouwstenen van het membraan (polymeren) moeten rond de kanaaleiwitten kunnen condenseren om hun vaste grootte te veranderen. Om dit te doen, de membraanbouwstenen moeten voldoende flexibel zijn. In theorie was dit al beschreven. De onderzoekers van de Universiteit van Basel hebben dit nu voor het eerst kunnen meten in een praktijkexperiment, wat aantoont dat hoe dikker het membraan, hoe langzamer de beweging van het kanaaleiwit is in vergelijking met de beweging van de eigenlijke polymeren die het membraan vormen.

"Dit fenomeen is in feite een lokale afname van de vloeibaarheid veroorzaakt door condensatie van de polymeren, " legt hoofdauteur Fabian Itel uit. In wezen echter, het gedrag van de kanaaleiwitten in de kunstmatige membranen is vergelijkbaar met dat in hun natuurlijke omgeving, de lipide dubbellaag, waarbij de tijdschaal van de bewegingen ongeveer tien keer lager is. Het onderzoeksproject ontving financiering van de Zwitserse National Science Foundation en de NCCR Molecular Systems Engineering.