Fosforholdig lipidmolekyl selvmonterer i en kuboidstruktur

Anonim

For første gang har forskere observert et fosforholdig lipidmolekyl som samles av seg selv for å danne terninger. Forskning utført på anlegg, inkludert DESY, har vist at den uvanlige formen skyldes spesielle bindinger i det syntetiske molekylet, en bestemt fosfolipid. Fosfolipider spiller en viktig rolle i levende organismer, som blant annet danner membraner. De nye funnene forsterker forståelsen av kreftene som virker innenfor biologiske membraner og kan åpne opp nye veier i medisin. Forskerne ledet av Andreas Zumbühl fra Universitetet i Fribourg i Sveits presenterer sine resultater i tidsskriftet Angewandte Chemie.

Deres spesielle kjemiske struktur gjør det mulig for fosfolipider å samle seg sammen for å danne membraner som består av to sammenhengende molekyler. Disse er en nøkkelkomponent i de biologiske membranene som skiller de ulike delene av en levende celle. Membraner laget av fosfolipider kan også automatisk danne tredimensjonale, lukkede strukturer, for eksempel i vann hvor de produserer såkalte vesikler.

Normalt er slike vesikler sfæriske i form for å minimere overflatespenningen. Imidlertid produserer 1, 2-diamidofosfolipidet som nå analyseres av forskerne cuboid vesikler ved romtemperatur. Dette skyldes at dette fosfolipidet danner svært tett og derfor meget stive lag, noe som er svært vanskelig å bøye, takket være spesielle bindinger, kjent som hydrogenbindinger, som minimerer avstanden mellom molekylene. Når den monteres som en tredimensjonal struktur, fortsetter membranen å favorisere flate overflater og strukturer som har så få kanter som mulig, forhold som er tilfredsstilt av en terning.

Den uvanlige strukturen kan gjøre dette fosfolipid interessant for medisinske applikasjoner, for eksempel for å levere medisiner til bestemte deler av kroppen. "Kubeens kanter er dannet av det ytre molekylære laget, mens det indre laget har en diskontinuitet her. Denne membranfeilen betyr at strukturen kan bryte der om kuben blir rystet, " forklarer Zumbühl. Et stoff som er innkapslet i terningen, kan derfor frigjøres på en kontrollert måte. "Man kan for eksempel inkludere et legemiddel som løser blodpropper og bruker dette i en nødsituasjon etter et hjerteinfarkt. Høydempingsspenninger vil bli utøvet på terningen i en blokkert arterie, og frigjøre stoffet nøyaktig hvor den kan gjøre mest bra, sier Zumbühl. Kuben som studeres for tiden, er ikke selv egnet for slike bruksområder, siden den ennå er for skjør.

For forskersamfunnet er undersøkt fosfolipid et viktig skritt på vei til et større mål: "Vi ønsker å forstå hvilke krefter som virker i membranen, slik at vi senere kan bevisst påvirke disse. Dette ville la oss bruke fosfolipider som en slags byggemateriale, for å konstruere bestemte strukturer på mobilnivå, sier Zumbühl. For å forstå de nøyaktige detaljene av fosfolipidene, syntetiserer forskerne visse molekyler, endrer struktur og egenskaper litt hver gang for å se hvilken effekt dette har. Fordi en liten forandring i strukturen av en fosfolipid kan ha en stor effekt.

Bjelkelinjen P08 hos DESYs røntgenkilde PETRA III måtte være spesielt utstyrt for slike strukturelle undersøkelser ved grensen mellom luft og vann. "Takket være optimaliseringen av oppsettet vårt og den nøyaktige kontrollen av temperaturer og trykk som virker på membranene, kan overflatepressen i et enkeltlag av 1, 2-diamidofosfolipid bestemmes, forklarer stråleforsker Olof Gutowski fra DESY, som gjorde disse målingene mulig. Resultatet overrasket forskerne: "I 30 år har det generelt blitt antatt at trykket i en biologisk membran må være relativt høy, rundt 30 Millinewton per meter, " sier Zumbühl. "I membranen vi studerte, må trykket imidlertid være betydelig lavere, rundt 5 til 10 millinewton per meter. Dette stiller spørsmålstegn ved den tunge tommelfingerregelen."

menu
menu