Nature Commun.:首次人工合成出模拟钾离子通道的纳米管

关键词:α-共核蛋白,神经元,双光子显微镜,帕金森疾病

来自中国北京师范大学、上海交通大学和美国内布拉斯加州林肯大学的研究人员构建出一种实际上发挥着纳米筛(nanoscale sieve)作用的人工合成纳米管,它对哪些物质能够穿过非常敏感,而且能够发挥着与几乎所有活细胞中的关键性组分钾离子通道同样的作用。这也是第一种管径均匀的自组装而成的疏水性人工合成纳米管,它的大小大约8.8埃(一亿分之一厘米)。研究人员也可能是第一次利用一种均匀的亚纳米孔来模拟大自然的钠离子通道。在活细胞中,离子通道允许钾离子穿过细胞膜,但是不允许钠离子通过,即便是钾离子要比钠离子大将近70%,但是至于为什么更大的离子能够通过而较小的离子不能通过,研究人员仍然在研究。

内布拉斯加州林肯大学化学家Xiao Cheng Zeng说,这种纳米管能够视为一堆环,这些环通过一种被称作自组装的过程精准地堆叠在一起。Zeng领导的研究小组进行计算来研究这些纳米管的结构。研究小组确定环的大小和环之间的距离,从而找到纳米管的结构。他们发现有8种可能的方法来将环堆积在一起。重要的是,计算结果表明这些结构在室温下是稳定的。

北京师范大学教授Bing Gong,、上海交通大学系统生物医学中心行政院长Zhifeng Shao和他们各自领导的研究小组合成出这种纳米管,并测量了离子在纳米管中的流动。Zeng说,实验取得的成功将导致他们继续开展研究。他说,人们对这个领域感兴趣的事情之一就是脱盐,在未来,他们的研究方向就是让这种纳米管内壁功能化。就目前而言,这是一种非常引人关注的纳米管,因为它能够选择性转运离子,只有钾离子能够进入,钾离子能够穿过这种纳米管,但是钠离子不能。不过,研究人员希望能够在纳米管内部添加不同的功能,以便使得水分子或者其他离子能够通过。

相关研究结果于2012年7月17日发表在Nature Communications期刊上。(生物谷:Bioon.com)

本文编译自Scientists first to mimic nature's vital potassium ion channel

Self-assembling subnanometer pores with unusual mass-transport properties

Xibin Zhou, Guande Liu, Kazuhiro Yamato, Yi Shen, Ruixian Cheng, Xiaoxi Wei, Wanli Bai, Yi Gao, Hui Li, Yi Liu, Futao Liu, Daniel M. Czajkowsky, Jingfang Wang, Michael J. Dabney, Zhonghou Cai, Jun Hu, Frank V. Bright, Lan He, Xiao Cheng Zeng, Zhifeng Shao et al.

A long-standing aim in molecular self-assembly is the development of synthetic nanopores capable of mimicking the mass-transport characteristics of biological channels and pores. Here we report a strategy for enforcing the nanotubular assembly of rigid macrocycles in both the solid state and solution based on the interplay of multiple hydrogen-bonding and aromatic π−π stacking interactions. The resultant nanotubes have modifiable surfaces and inner pores of a uniform diameter defined by the constituent macrocycles. The self-assembling hydrophobic nanopores can mediate not only highly selective transmembrane ion transport, unprecedented for a synthetic nanopore, but also highly efficient transmembrane water permeability. These results establish a solid foundation for developing synthetically accessible, robust nanostructured systems with broad applications such as reconstituted mimicry of defined functions solely achieved by biological nanostructures, molecular sensing, and the fabrication of porous materials required for water purification and molecular separations.

(责任编辑:taoshengmao)

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