Le proteine ​​del canale naturale sono integrate nelle membrane artificiali per facilitare il trasporto di ioni e molecole. I ricercatori dell'Università di Basilea sono ora in grado di misurare per la prima volta il movimento di queste proteine ​​canale. Si muovono fino a dieci volte più lentamente che nel loro ambiente naturale, vale a dire la membrana cellulare. Come riportato nella rivista accademica Nano lettere , i risultati potrebbero rivelarsi utili per lo sviluppo in corso di nuove applicazioni come i nanoreattori e gli organelli artificiali.

Le membrane delle cellule del nostro corpo hanno uno spessore di soli 4-5 nanometri e sono costituite da una complessa miscela di lipidi e proteine ​​di membrana specifiche, che includono anche proteine ​​canale. Questo tipo di membrana cellulare può essere descritto come una soluzione fluida 2-D, in cui i componenti sono in grado di muoversi lateralmente. Questi movimenti all'interno della membrana dipendono dalla flessibilità e dalla fluidità dei componenti e determinano in definitiva la funzionalità della membrana.

Proteine ​​del canale dinamico

I chimici del National Center of Competence in Research (NCCR) Molecular Systems Engineering che lavorano sotto il professor Wolfgang Meier e la professoressa Cornelia Palivan dell'Università di Basilea hanno ora integrato tre diverse proteine ​​di canale in membrane artificiali da 9 a 13 nanometri di spessore e hanno misurato la loro movimenti per la prima volta. I ricercatori hanno iniziato creando modelli di membrana di grandi dimensioni con proteine ​​del canale incorporate e colorate; li hanno poi messi su una superficie di vetro e li hanno misurati utilizzando un metodo di misurazione a singola molecola noto come spettroscopia di correlazione di fluorescenza. Tutte e tre le proteine ​​del canale sono state in grado di muoversi liberamente all'interno delle membrane di vari spessori – questo ha richiesto un tempo fino a dieci volte maggiore rispetto ai doppi strati lipidici del loro ambiente naturale.

La flessibilità è una necessità

Nelle membrane più spesse, gli elementi costitutivi della membrana (polimeri) devono essere in grado di condensare attorno alle proteine ​​del canale per alterare la loro dimensione fissa. Fare così, gli elementi costitutivi della membrana devono essere sufficientemente flessibili. Questo era già stato descritto in teoria. I ricercatori dell'Università di Basilea sono stati ora in grado di misurare questo in un esperimento pratico per la prima volta, dimostrando che quanto più spessa è la membrana, più lento è il movimento della proteina canale rispetto al movimento degli attuali polimeri che formano la membrana.

"Questo fenomeno è effettivamente una diminuzione locale della fluidità causata dalla condensazione dei polimeri, " spiega l'autore principale Fabian Itel. In sostanza, però, il comportamento delle proteine ​​canale nelle membrane artificiali è paragonabile a quello nel loro ambiente naturale, il doppio strato lipidico, con la scala temporale dei movimenti circa dieci volte inferiore. Il progetto di ricerca ha ricevuto finanziamenti dal Fondo nazionale svizzero per la scienza e dall'NCCR Molecular Systems Engineering.