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Phys Rev Lett:首次观察到长期预测的细胞膜波动

来源:生物谷 2012-08-12 23:45

2012年8月13日 讯 /生物谷BIOON/ --来自美国国家标准与技术研究院和法国劳厄-郎之万研究所的研究人员首次能够观察到一个细胞膜模型厚度的变化。这些发现证实了科学家们长期预测的在细胞膜上发生的波动,从而可能有助于生物学家们理解很多基础性生物功能,包括细胞膜如何形成膜孔。膜孔是由细胞膜上的特异性蛋白组成的,能够打开和关闭,从而作为通向细胞内部的门口而发挥作用。

在这些蛋白到达它们在细胞膜上的位置之前,它们在在细胞内的细胞质中自由地移飘移。但是细胞膜如何允许这些蛋白在第一时间内穿透它,尽管可能是因为它的动态性质,但是它在很大程度上仍然是一个谜。一些理论指出当一个蛋白刚好地正确的方式正在向内移动时,如果它位于细胞内内部附近,那么这种移动可能允许这种蛋白以某种方式进入细胞膜。

在这项研究中,研究人员构建了一系列人工膜,利用一种自旋回波仪分析了它们的运动。在经过长时间的测量努力之后,他们最终发现当加热到大约体温时,膜的厚度大约每隔100纳秒发生波动,波动幅度高达8%。

尽管人们还需一些时间来完全理解这些波动发生的原因,它们为何如此慢,它们如何能够让蛋白嵌入,但是研究人员指出了解些波动的速度和幅度将有助于人们开发出治疗方法来控制膜通透性功能障碍,包括产生不需要的膜孔而导致细胞死亡。(生物谷:Bioon.com)

本文编译自Long-predicted fluctuations in cell membranes observed for first time

Lipid bilayers and membrane dynamics: Insight into thickness fluctuations

A.C. Woodka, P.D. Butler, L. Porcar, B. Farago and M. Nagao

Thickness fluctuations have long been predicted in biological membranes but never directly observed experimentally. Here, we utilize neutron spin echo spectroscopy to experimentally reveal such fluctuations in a pure, fully saturated, phosphocholine lipid bilayer system. These fluctuations appear as an excess in the dynamics of undulation fluctuations. Like the bending rigidity, the thickness fluctuations change dramatically as the lipid transition temperature is crossed, appearing to be completely suppressed below the transition. Above the transition, the relaxation rate is on the order of 100 ns and is independent of temperature. The amplitude of the thickness fluctuations is 3.7  ű0.7  Å, which agrees well with theoretical calculations and molecular dynamics simulations. The dependence of the fluctuations on lipid tail lengths is also investigated and determined to be minimal in the range of 14 to 18 carbon tails.

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