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生物材料

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熵和静电有助于紊乱的蛋白质感测曲率

protein curvature sensing image

弯曲的脂质膜在细胞中丰富。据认为,大多数折叠的蛋白质通过专门的折叠区域直接与膜相互作用,该专用折叠区域更倾向于弯曲区域。这些蛋白质含有大型无序的结构域(蛋白质内的独立三维结构)而没有任何明确的结构。实际上,这些无序区域类似于随机的线圈,像煮熟的意大利面一样缠结,但它们仍然可以感知和定位到弯曲的膜区域。因此,蛋白质如何感测弯曲膜来定位蛋白质。

要了解德克萨斯大学的薄膜膜结构与膜的弯曲区域之间的相互作用 Jeanne Stachowiak. 将小的单玻璃囊泡(SUV)拴在玻璃表面上并用红色荧光染料标记它们。然后,研究人员用蛋白质的无序区域温育,该蛋白质在感测天然膜变形中起作用。通过从蛋白质的其余部分截断区域,并用绿色染料将其标记,研究人员能够定量测量作为SUV直径和链长的函数的红色SUV上积累了多少蛋白质。

使用荧光显微镜观察混合物,研究人员发现,随着SUV直径的降低,蛋白质(绿色)的荧光强度增加,它们可以从来自标记的SUV的下部红色荧光看出它们–“较小的SUV出现了更多绿色,而较大的SUV出现了更多红色”研究人员报告。当无序区域更长时,蛋白质区域和SUV直径之间的长度差增加,这表明当蛋白质更长时呈较强的曲率感测。

无序蛋白质区域长度的影响表明熵在曲率传感中的作用,因为对于更长的区域的可能性比较短的区域。简单地,无序的蛋白质仅仅可以最大化其熵,因为弯曲膜允许卷绕链占据比平坦的更可能的构造更多的体积。

离子强度决定哪种力驱动曲率传感

然后,研究人员改性了它们的溶液的盐浓度,以改变其无序结构域感受到的离子力量。在高盐浓度下,较长的链对膜曲率更敏感。相反,在低盐制度中,他们观察到不同链长度的曲率敏感性的差异。然而,在该制度中,较短链条的曲率感测比高盐浓度强烈。

盐浓度的影响表明,对于较小的无序链,静电力驱动膜曲率传感行为作为弯曲膜允许增加氨基酸链与带电膜脂质之间的距离。将少量的阴离子脂质(DOPS)加入其SUV中增加所有情况的曲率感测,并且对于最短的无序链观察到最强的效果,加强了静电力占据曲率感测的静电力的情况。

研究人员的报告 美国化学学会杂志,展示了非特异性相互作用如何在非常具体的相互作用中发挥重要作用 - 例如蛋白质和细胞膜。他们的结果提醒我们,尽管生物学的复杂性,但简单的物理过程仍然在自然界中起重要作用。

版权©2021由IOP Publishing Ltd和个人贡献者