Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wie sich natürliche Kanalproteine in künstlichen Membranen bewegen

03.06.2015

In künstlichen Membranen werden jeweils natürliche Kanalproteine eingebaut, um den Transport von Ionen und Molekülen sicherzustellen. Forschende der Universität Basel haben nun erstmals die Bewegung dieser Kanalproteine gemessen: Sie bewegen sich höchstens zehnmal langsamer als in ihrer natürlichen Umgebung, der Zellmembran. Die Erkenntnisse helfen der Weiterentwicklung von neuen Anwendungen wie Nanoreaktoren und künstlichen Organellen, berichten die Forschenden in der Fachzeitschrift «Nano Letters».

Die Membranen unserer Körperzellen sind nur etwa 4 bis 5 Nanometer dick und bestehen aus einer komplexen Mischung von Lipiden und spezifischen Membranproteinen, darunter Kanalproteinen.


Natürliche Kanalproteine bewegen sich seitlich in einer dicken künstlichen Membran, wobei sich diese um die Proteine herum komprimiert.

(Bild: Reprinted with permission from ACS)

Eine solche Zellmembran lässt sich als flüssige 2-D-Lösung beschreiben, in welcher sich die Komponenten seitlich bewegen können. Diese Bewegungen innerhalb der Membran sind von deren Flexibilität und Fluidität abhängig und bestimmen schliesslich die Funktionalität der Membran.

Frei bewegliche Kanalproteine

Chemiker des NCCR «Molecular Systems Engineering» um Prof. Wolfgang Meier und Prof. Cornelia Palivan von der Universität Basel haben nun drei verschiedene Kanalproteine in künstlichen Membranen von 9 bis 13 Nanometer Dicke eingebaut und dort erstmals deren Bewegungen gemessen.

Dafür stellten sie zunächst grosse Membranmodelle mit eingebetteten, gefärbten Kanalproteinen her; diese brachten sie auf eine Glasoberfläche und massen sie dann mittels einer Einzelmolekül-Messmethode, der sogenannten Fluoreszenz-Korrelations-Spektroskopie. Alle drei Kanalproteine konnten sich frei in den unterschiedlich dicken Membranen bewegen, wobei sie dies maximal zehnmal langsamer taten als in den Lipiddoppelschichten der natürlichen Umgebung.

Flexibilität nötig

In dickeren Membranen müssen sich die Bausteine der Membran (Polymere) um die Kanalproteine herum komprimieren können, um sich deren fixen Grösse anzupassen. Dafür müssen die Bausteine der Membran genug flexibel sein.

Dies wurde bereits theoretisch beschrieben und konnte nun von den Forschenden der Universität Basel erstmals experimentell gemessen werden: Je dicker die Membran, desto langsamer war die Bewegung des Kanalproteins im Vergleich zur Bewegung der Polymere selber, welche die Membran formen.

«Das Phänomen lässt sich durch eine lokale Fluiditätsverringerung beschreiben, die durch die Komprimierung der Polymere hervorgerufen wird», erläutert Erstautor Fabian Itel. Grundsätzlich ist aber das Verhalten der Kanalproteine in künstlichen Membranen vergleichbar zu jenem in ihrer natürlichen Umgebung, der Lipiddoppelschicht, wobei die Zeitskala der Bewegungen um etwa das Zehnfache tiefer liegt. Das Forschungsprojekt wurde vom Schweizerischen Nationalfonds und dem NCCR Molecular Systems Engineering finanziell unterstützt.

Originalbeitrag
Fabian Itel, Adrian Najer, Cornelia G. Palivan, and Wolfgang Meier
Dynamics of membrane proteins within synthetic polymer membranes with large hydrophobic mismatch
Nano Letters (2015), doi: 10.1021/acs.nanolett.5b00699

Weitere Auskünfte
Prof. Wolfgang Meier, Universität Basel, Departement Chemie, Tel. +41 61 267 38 02, E-Mail: wolfgang.meier@unibas.ch

Weitere Informationen:

https://www.unibas.ch/de/Aktuell/News/Uni-Research/Wie-sich-natuerliche-Kanalpro...

Olivia Poisson | Universität Basel

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Ionen gegen Herzrhythmusstörungen – Nicht-invasive Alternative zu Katheter-Eingriff
20.01.2017 | GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH

nachricht Leibwächter im Darm mit chemischer Waffe
20.01.2017 | Max-Planck-Institut für chemische Ökologie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Innovatives Hochleistungsmaterial: Biofasern aus Florfliegenseide

Neuartige Biofasern aus einem Seidenprotein der Florfliege werden am Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP gemeinsam mit der Firma AMSilk GmbH entwickelt. Die Forscher arbeiten daran, das Protein in großen Mengen biotechnologisch herzustellen. Als hochgradig biegesteife Faser soll das Material künftig zum Beispiel in Leichtbaukunststoffen für die Verkehrstechnik eingesetzt werden. Im Bereich Medizintechnik sind beispielsweise biokompatible Seidenbeschichtungen von Implantaten denkbar. Ein erstes Materialmuster präsentiert das Fraunhofer IAP auf der Internationalen Grünen Woche in Berlin vom 20.1. bis 29.1.2017 in Halle 4.2 am Stand 212.

Zum Schutz des Nachwuchses vor bodennahen Fressfeinden lagern Florfliegen ihre Eier auf der Unterseite von Blättern ab – auf der Spitze von stabilen seidenen...

Im Focus: Verkehrsstau im Nichts

Konstanzer Physiker verbuchen neue Erfolge bei der Vermessung des Quanten-Vakuums

An der Universität Konstanz ist ein weiterer bedeutender Schritt hin zu einem völlig neuen experimentellen Zugang zur Quantenphysik gelungen. Das Team um Prof....

Im Focus: Traffic jam in empty space

New success for Konstanz physicists in studying the quantum vacuum

An important step towards a completely new experimental access to quantum physics has been made at University of Konstanz. The team of scientists headed by...

Im Focus: Textiler Hochwasserschutz erhöht Sicherheit

Wissenschaftler der TU Chemnitz präsentieren im Februar und März 2017 ein neues temporäres System zum Schutz gegen Hochwasser auf Baumessen in Chemnitz und Dresden

Auch die jüngsten Hochwasserereignisse zeigen, dass vielerorts das natürliche Rückhaltepotential von Uferbereichen schnell erschöpft ist und angrenzende...

Im Focus: Wie Darmbakterien krank machen

HZI-Forscher entschlüsseln Infektionsmechanismen von Yersinien und Immunantworten des Wirts

Yersinien verursachen schwere Darminfektionen. Um ihre Infektionsmechanismen besser zu verstehen, werden Studien mit dem Modellorganismus Yersinia...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Mittelstand 4.0 – Mehrwerte durch Digitalisierung: Hintergründe, Beispiele, Lösungen

20.01.2017 | Veranstaltungen

Nachhaltige Wassernutzung in der Landwirtschaft Osteuropas und Zentralasiens

19.01.2017 | Veranstaltungen

Künftige Rohstoffexperten aus aller Welt in Freiberg zur Winterschule

18.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

21.500 Euro für eine grüne Zukunft – Unserer Umwelt zuliebe

20.01.2017 | Unternehmensmeldung

innovations-report im Interview mit Rolf-Dieter Lafrenz, Gründer und Geschäftsführer der Hamburger Start ups Cargonexx

20.01.2017 | Unternehmensmeldung

Niederlande: Intelligente Lösungen für Bahn und Stahlindustrie werden gefördert

20.01.2017 | Förderungen Preise