Новости химической науки > ДНК скручивается в синтетический ионный канал

Исследователи из Германии и США с помощью методики ДНК-оригами (DNA origami) создали искусственный ионный канал, который проходит сквозь синтетическую клеточную мембрану. Ионные каналы нанометрового размера, самоорганизовавшиеся при участии молекулярного шаблона, удерживаются на месте за счет холестериновых фрагментов, входящих в состав мембраны. Электрохимические тесты говорят, что синтетические ионные каналы действуют подобно клеточным ионным каналам природного происхождения.

Модель синтетического ионного канала. Молекулярные крепления из холестерина обозначены оранжевым. (Рисунок из Science, 338, 932; DOI: 10.1126/science.1225624)

Фридрих Зиммель (Friedrich Simmel) из Технического Университета Мюнхена с коллегами надеялся создать синтетическое подобие белковых ионных каналов, которые можно считать воротами, отделяющими внутреннюю часть клетки от внешней среды. Такие каналы переносят ионы, воду и другие вещества через непроницаемую во всех других случаях мембрану; каналы реагируют на условия внутри клетки и пропускают соответствующие вещества в клетку по требованию. Собираясь создать полностью синтетический канал, похожий на природные синтетические каналы исходя из α-гемолизина.

Исследователи использовали технологию получения ДНК-оригами с помощью шаблона, чтобы инициировать самоорганизацию канала из компонентов. Технология ДНК-оригами заключается в том, что нить ДНК сворачивается в трехмерную наноразмерную структуру за счет спаривания комплементарных азотистых оснований, при этом меньшие по размеру нити ДНК играют роль направляющих, и последовательность их нуклеотидов контролирует зоны суперспирализации. Продукт, полученный исследователями, представляет собой стержнеобразные продукты, которые могут проникать через липидную мембрану. Исследователи добавляют, что для закрепления ионного канала длиной 42 нм в мембране они использовали 26 холестериновых фрагментов.

Природные каналы часто демонстрируют поведение логической схемы, в соответствии с которым они могут переключаться между двумя конформациями, одна из которых открыта для целевого иона, молекулы воды или другого соединения, в то время, как в другой конформации ионный канал закрывается. Исследователи обнаружили, что искусственные каналы ведут себя похожим образом, однако это могло происходить из-за случайных флуктуаций температуры, а не из-за того, что процесс контролируем. Для демонстрации того, что процесс не является случайным, исследователи получили три различных варианта канала, в которых короткая цепочка ДНК находилась в различном положении относительно ядра канала.

Было обнаружено, что в трех новых типах каналов возможность функционирования в качестве ворот, способных открываться и закрываться, была более очевидной, а время отпирания и запирания зависело от длины короткой цепочки ДНК. Это обстоятельство позволяет предположить, что процесс управляется особенностями структуры оригами из ДНК, а не флуктуациями температуры.

Источник: Science, 338, 932 (DOI: 10.1126/science.1225624)

метки статьи: #биохимия, #межмолекулярные взаимодействия, #молекулярная биология