Le proteine ​​nelle membrane lipidiche sono uno dei mattoni fondamentali della funzionalità biologica. I ricercatori di Lawrence Livermore hanno scoperto come imitare il loro ruolo usando le porine di nanotubi di carbonio.

Usando l'alta velocità, microscopia a forza atomica (HS-AFM), il team ha dimostrato che un nuovo tipo di canale biomimetico, le porine di nanotubi di carbonio (CNTP), è anche mobile lateralmente nelle membrane lipidiche supportate, rispecchiando il comportamento delle proteine ​​biologiche.

La ricerca apre le porte all'utilizzo dei CNTP come modelli per studiare la fisica delle proteine ​​di membrana, così come componenti versatili e mobili per cellule artificiali e sistemi ibridi che combinano cellule biologiche e componenti artificiali.

Le membrane lipidiche rappresentano uno dei componenti fondamentali dell'architettura della vita perché forniscono una matrice versatile per una varietà di proteine ​​di membrana che possono svolgere una varietà di compiti tra cui il riconoscimento molecolare e la trasduzione del segnale, trasporto dei metaboliti e rimodellamento della membrana.

La natura fluida 2-D della membrana lipidica non solo le consente di adattarsi a una varietà di forme, ma permette anche alle proteine ​​di membrana di diffondersi all'interno di questo piano 2-D, consentendo molti importanti processi biologici.

"Per comprendere la fisica fondamentale del movimento delle proteine ​​nella membrana lipidica, avevamo bisogno di un approccio che combinasse modelli di proteine ​​di membrana semplici e robusti con approcci di imaging e monitoraggio in grado di seguire il movimento della membrana su scale di lunghezza e tempo rilevanti, " disse Yuliang Zhang, un ricercatore post-dottorato LLNL e autore principale di un articolo sulla rivista, Transazioni filosofiche della Royal Society B .

Il team ha creato equivalenti di pori di membrana artificiali semplici e versatili, i CNTP, costituiti da brevi segmenti di nanotubi di carbonio a parete singola che possono auto-inserirsi nella membrana lipidica e formare un poro transmembrana. Questi oggetti molto semplici mostrano una ricchezza di comportamenti simili ai pori delle proteine ​​di membrana:possono trasportare acqua, ioni e protoni attraverso la membrana.

"Abbiamo scoperto che i CNTPS erano in grado di riprodurre un'altra proprietà chiave delle proteine ​​di membrana:la loro capacità di diffondersi nella membrana lipidica, " ha detto Alex Noy, Scienziato LLNL e ricercatore principale del progetto CNTP. "L'imaging AFM ad alta velocità può catturare le dinamiche in tempo reale del movimento CNTP nella membrana a doppio strato lipidico supportata".

Zhang ha affermato che lo studio dimostra che le somiglianze tra i CNTP e i pori della membrana biologica includono non solo proprietà di trasporto simili, ma anche la capacità di muoversi lateralmente nella membrana.

Altri ricercatori LLNL includono Ramya Tunuguntla e Pyung-On Choi. La ricerca compare nell'edizione del 20 giugno di Transazioni filosofiche della Royal Society B .