Các kênh protein tự nhiên di chuyển trong màn nhân tạo như thế nào?

Các kênh protein tự nhiên được hút vào trong các màng nhân tạo để tạo thuận lợi cho việc vận chuyển các ion và các phân tử qua màng. Các nhà nghiên cứu ở Đại Học Basel đã lần đầu tiên đo được sự chuyển động của các kênh protein này. So với màng tế bào, các kênh protein dao động trong màng nhân tạo chậm hơn gấp khoảng mười lần. Theo Nano Letters, nghiên cứu trên có thể mở ra hướng phát triển mới trong lĩnh vực sản xuất bào quan nhân tạo (artificial organelle) và bình phản ứng nano (nanoreactor).

Màng tế bào trong cơ thể người chỉ dày khoảng 4 đến 5 nanometer, bao gồm nhiều hỗn hợp phức tạp của lipid và các protein màng riêng biệt, bao gồm cả các kênh protein xuyên màng. Màng tế bào có thể được miêu tả như là một dung dịch lỏng hai chiều (liquid 2-D solution), trong đó các cấu tử (component) có thể di chuyển từ trong ra ngoài và ngược lại. Sự vận động bên trong màng tế bào phụ thuộc vào tính linh hoạt (flexibility) và tính lưu động (fluidity) của các cấu tử, từ đó xác định chức năng cuối cùng của màng tế bào.

Các Kênh Protein Động

Các nhà hoá học tại Trung Tâm Quốc Gia về Năng Lực Nghiên Cứu (NCCR) Kỹ Nghệ Các Hệ Thống Phân Tử làm việc dưới sự hướng dẫn của G.S. Wolfgang Meier và G.S. Cornelia Palivan từ trường Đại học Basel đã tích hợp 3 kênh protein khác nhau vào màng nhân tạo có độ dày 9-13 nanometers và là những nhà khoa học đầu tiên đã đo đạc chuyển động của chúng. Các nhà nghiên cứu đã bắt đầu bằng cách tạo ra mô hình màng lớn có các protein kênh được gắn vào và được nhuộm màu; sau đó họ đặt chúng trên một mặt kính và đo đạc bằng một phương pháp đơn phân tử được gọi là kỹ thuật đo quang phổ tương quan huỳnh quang (fluorescence correlation spectroscopy). Cả 3 kênh protein có thể di chuyển tự do trong màng có độ dày khác nhau – điều này lâu gấp 10 lần khi chúng di chuyển trong môi trường lớp lipid kép (lipid bilayer) tự nhiên.

Tính Linh Hoạt Là Cần Thiết

Trong các màng dày hơn, các đơn vị cấu trúc của màng (tức các polymer) phải có khả năng ngưng tụ xung quanh các kênh protein để thay đổi kích thước cố định của chúng. Để được như thế, các đơn vị cấu trúc của màng phải đủ linh hoạt. Điều này đã được mô tả trong lý thuyết. Các nhà nghiên cứu tại Đại Học Basel hiện tại có thể đo lường sự thay đổi này trong một thí nghiệm thực tế đầu tiên, cho thấy màng càng dày thì các kênh protein chuyển động càng chậm so với sự chuyển động của các polymer có sẵn trên màng.

Tác giả chính Fabian Itel giải thích: “Hiện tượng này chính là sự giảm hiệu quả cục bộ trong tính lưu động, gây ra bởi sự ngưng tụ (condensation) của các polymer.” Tuy nhiên, về bản chất, hoạt động của các kênh protein trong màng nhân tạo được so sánh với trong môi trường tự nhiên của chúng với các lớp lipid kép thì thời gian di chuyển ít hơn xấp xỉ 10 lần. Các dự án nghiên cứu được tài trợ từ Quỹ Khoa Học Quốc Gia Thụy Sĩ và Kỹ Nghệ Các Hệ Thống Phân Tử NCCR.

Minh Đức, Đại Tài, và Thanh Nguyệt (chuyển ngữ)

Nguồn hình: ACS

Bài báo:

1. Fabian Itel, Adrian Najer, Cornelia G. Palivan, Wolfgang Meier. Dynamics of Membrane Proteins within Synthetic Polymer Membranes with Large Hydrophobic Mismatch.Nano Letters, 2015; 150529101241006 DOI:10.1021/acs.nanolett.5b00699
2. Universität Basel. (2015, June 3). How natural channel proteins move in artificial membranes. ScienceDaily.

Xin mời Quý Độc Giả bỏ ra 2-5 phút để làm một khảo sát mức độ hài lòng về bài viết của IBSG tại đây. IBSG chân thành cảm ơn Quý Độc Giả!