محققان توکیو فناوری اولین کانال پتاسیم مصنوعی با حساسیت مکانیکی را توسعه دادند



محققان Tokyo Tech با شیفته خواص پروتئین های کانال یونی که معمولاً در سلول ها مشاهده می شوند، اولین کانال پتاسیم مصنوعی حساس به مکانیکی را با استفاده از سیکلوفان آمفیفیلیک فلورینه معطر تازه توسعه یافته ایجاد کردند. با نمایش توانایی‌های “پاسخگویی به محرک” و “انتقال یون انتخابی”، کانال یونی جدید آنها می‌تواند درهای جدید باز کن برای استفاده درمانی و صنعتی در آینده از کانال های حساس مکانیکی مصنوعی.

طبیعت به روش های بی شماری به انسان الهام می بخشد. به عنوان مثال، پروتئین های کانال انتقال یون “محرک پاسخگو” را در نظر بگیرید. این پروتئین ها در غشاهای سلولی یافت می شوند و به انواع محرک های خارجی از جمله نور، pH و نیروی مکانیکی پاسخ می دهند. با توجه به نقش حیاتی آنها در چندین فرآیند بیولوژیکی، محققان تلاش کرده اند تا نسخه های مصنوعی این پروتئین های کانال را برای استفاده در محیط های درمانی و صنعتی سنتز کنند. با این حال، موفقیت در سنتز آنها دست نیافتنی بوده است. الزامات ساختاری پیچیده برای پاسخگویی به محرک ها و خواص انتقال یون خاص به عنوان مانع اصلی در سنتز آنها شناسایی شده است.

با غلبه بر این مشکلات، محققان مؤسسه فناوری توکیو (توکیو تک)، به رهبری استادیار کوهی ساتو و پروفسور کامل کازوشی کینبارا، اخیرا اولین کانال مکانیکی مصنوعی (واکنش به نیروی مکانیکی) با انتخاب یون پتاسیم را توسعه داده‌اند. یافته های آنها در نشریه منتشر شده است مجله انجمن شیمی آمریکا. صحبت کردن در مورد مطالعه، کمک. پروفسور ساتو و پروفسور کینبارا، وابسته به دانشکده علوم و فناوری زندگی در مؤسسه فناوری توکیو (تکنولوژی توکیو)، می گویند: “با تجربه ما در طراحی آمفیفیل های چند بلوکی که خود به خود جمع می شوند و کانال های یونی فوق مولکولی تشکیل می دهند، ما این فرضیه را مطرح کردیم که آمفی‌فیل‌های خطی برای انتقال یون‌های خاص مناسب نبودند؛ از این رو، ما تغییرات ساختاری را برای ترکیب پاسخ‌دهی به محرک‌ها و انتخاب‌پذیری یون انجام دادیم.

همانطور که توسط Assist ذکر شده است. پروفسور ساتو و پروفسور کینبارا، محققان ساختار یک مولکول آلی پیچیده معروف به آمفیفیل چند بلوکی را تغییر دادند تا یک واحد آروماتیک پرفلورینه را در خود جای دهد. ساختار حاصل، یک سیکلوفان آمفی‌فیل فلوئوردار، حاوی واحدهای اولیگو(فنیلن-اتینیلن) پرفلوره آبگریز و پیوندهای اکتا (اتیلن گلیکول) آبدوست بود. محققان همچنین یک سیکلوفان آمفی‌فیلیک نیمه فلوئوردار و یک سیکلوفان آمفی‌فیل بدون فلوئور را برای بررسی تأثیر فلوئوراسیون معطر طراحی کردند.

میکروسکوپ نشان داد که هر دو سیکلوفان پرفلورینه، به نام CFF، و سیکلوفان تا حدی فلوئوردار به نام CFH، می تواند در غشای دولایه لیپیدی گنجانده شود، در حالی که سیکلوفان غیرفلورینه نمی تواند. محققان سپس خاصیت انتقال یون، پاسخ دهی به محرک ها و گزینش پذیری یون پتاسیم C را تجزیه و تحلیل کردند.FF و سیFH با استفاده از اندازه‌گیری‌های هدایت، سنجش‌های فلورسانس، و مطالعات محاسباتی. آنها شناسایی کردند که هر دو سیFF و سیFH خود مونتاژ شده در غشای دولایه برای تشکیل کانال های یونی فوق مولکولی. علاوه بر این، جریان جریان در سراسر غشا خاصیت انتقال یون گذرنده C را تأیید کردFF و سیFH، کارآمدتر و در C تلفظ می شودFF.

تغییرات در جریان جریان در اعمال کشش غشایی بیشتر پاسخ محرک کانال های تشکیل شده توسط C را تایید کرد.FF و سیFH. خاصیت انتقال یون CFF به طور قابل توجهی تحت تاثیر قرار گرفت، در حالی که برای C تغییر چندانی نداشتFH. کمک کنید. پروفسور ساتو، پروفسور کینبارا و تیم آنها این تغییرات را به برهمکنش دیفرانسیل واحدهای آروماتیک C نسبت می دهند.FH و سیFF درون غشا

در نهایت، سنجش فلورسانس بالاترین نفوذپذیری C را نشان دادFF برای یون های پتاسیم در مقایسه با سایر کاتیون های فلز قلیایی. این تیم دریافت که میل ترکیبی بالاتر یون‌های پتاسیم برای اتم‌های فلوئور در هسته ساختار عامل این پدیده است.

با اظهار نظر در مورد این یافته ها، Assist. پروفسور ساتو و پروفسور کینبارا می گویند:این واقعیت که یک کانال یونی فوق مولکولی توسط CFF دارای چنین پاسخ دهی به محرک هایی است و گزینش پذیری یون پتاسیم نه تنها جالب است، بلکه به طور قابل توجهی شبیه کانال های حساس مکانیکی موجود در نورون های پستانداران است.

با این نمایش، امکاناتی مانند توسعه درمان بیماری‌های مرتبط با کانال یونی، دستکاری فرآیندهای مهم بیولوژیکی و توسعه فناوری‌های تصفیه مواد صنعتی در حال حاضر در معرض دید قرار گرفته‌اند!

منبع:

موسسه فناوری توکیو

مرجع مجله:

ساتو، ک.، و همکاران (2022) کانال پتاسیم حساس به مکانیکی فوق مولکولی که توسط سیکلوفان آمفیفیل فلورینه تشکیل شده است. مجله انجمن شیمی آمریکا. doi.org/10.1021/jacs.2c04118.



منبع