作者奥利维亚·特兰尼，橡树岭国家实验室 研究人员在橡树岭和布鲁克海文国家实验室使用中子和x射线散射技术来表征模拟细胞膜的圆盘状结构，即所谓的双小球
椎间盘的边缘由清洁剂(紫色)组成，而椎间盘的中心由甘油磷脂(绿色)、鞘磷脂(蓝色)和胆固醇(金色)组成
信用:ORNL/吉尔·海曼 细胞膜是细胞内部和外部环境之间的壁状边界，主要由两种生物分子组成:脂质和蛋白质
不同种类的脂质紧密堆积在一起，形成双层或“双层”，即膜的基本结构，而蛋白质嵌入或附着在双层中
膜蛋白负责各种重要的细胞活动，它们的功能障碍会导致严重的健康问题
研究膜蛋白结构及其行为将有助于科学家更好地理解它们与疾病的联系，并有助于开发治疗方法
范德比尔特大学领导的一组研究人员最近揭示了膜蛋白是如何受到周围脂质影响的
通过开发一种新型的膜模型，科学家们能够证明蛋白质的形状和行为可以通过暴露于不同的脂质成分而改变
研究人员在能源部布鲁克海文(BNL)和橡树岭国家实验室(ORNL)使用x光和中子散射证实了人造薄膜的结构
他们的发现发表在《美国化学学会杂志》上
范德比尔特大学生物化学教授、该项新研究的相应作者查尔斯·桑德斯说:“这项研究表明，蛋白质在不同的膜脂环境中会发生非常深刻的变化，我们认为这开辟了一个全新的研究领域。”
脂质布局和细胞膜模型 细胞膜由多种脂质分子组成
最近，研究表明细胞膜中的某些脂质可以聚集在一起形成簇，也称为筏
一些科学家认为，木筏可能会穿过细胞膜，与未结合的分子共存
“脂筏就像派对上的小团体，”桑德斯说
“他们可能会在聚会上走动，但总是同一批人在互相交谈
" 他的实验室正在探索木筏如何影响膜蛋白和与之相关的细胞活动
在这项新工作中，桑德斯和一组研究人员创造了一种能够掺入大量两种脂质分子的合成膜，这两种脂质分子被认为构成细胞膜中的筏:胆固醇和鞘磷脂
他们的方法包括开发被称为双小球的圆盘形生物结构，这种结构可以产生细胞膜脂质双层的简化模型
“胆固醇和鞘磷脂普遍存在于细胞膜中，但在以前的双短肽中没有同时存在，”约翰·卡萨拉说，他是ORNL大学的生物物理学家和中子散射科学家，也是该研究的合著者
“这种新的双短肽具有一种我们认为更具生物学相关性的脂质成分
" 互补技术提供全面的分析 在开发了双短舱后，研究人员使用小角度中子和x光散射技术来精确确定材料的形状和结构组织
“真的很难确认双短舱的实际形态
范德比尔特大学研究员、该研究的合著者詹姆斯·哈钦森说:“小角度中子和小角度x光散射是获得这些粒子良好整体特征的唯一途径。”
该团队使用了一个小角度中子和x光散射的联合访问程序，该程序允许研究人员更方便地在ORNL高通量同位素反应堆(HFIR)的生物-桑斯仪器和BNL国家同步加速器光源二(NSLS-二)的生物-SAXS仪器上请求光束时间
中子可以探测氢等轻元素，而x光对重元素更敏感，这意味着每种散射技术都可以揭示同一种材料的独特信息
通过使用这两种方法，研究人员建立了一个更精确的膜系统模型
“中子和x光散射是非常互补的，”ORNL的中子散射科学家、该研究的合著者说
“综合起来，这些技术能够提供一个完整的bicelle结构的图片
" 范德比尔特大学也使用透射低温电子显微镜进行了互补双球测量
揭示新的蛋白质特性 为了评估新模型膜如何用于理解脂质组成和膜蛋白关系，科学家们将他们的双小球引入到一个研究充分的蛋白质片段中，称为C99
这个片段构成了一种被称为淀粉样前体蛋白的膜蛋白的一个区域，专家认为这种蛋白与阿尔茨海默病有关
使用各种表征方法，研究小组指出了嵌入新膜模型时蛋白质片段结构和动力学的差异
值得注意的是，他们观察到C99片段在以前没有在其他模型膜中报道过的区域中彼此自我结合
研究人员假设，这些新发现的结合位点可能在调节与该片段的其他蛋白质相互作用中发挥作用
该团队的目标是运行额外的实验，以确认新的比塞尔系统是否拥有脂质筏环境
科学家们已经确定了人工囊泡中脂质筏的特性，人工囊泡是一种被脂质双层包裹的球形中空生物结构，但不包括其他小颗粒，如双小球
“没有已知的非囊泡小颗粒具有类脂筏的性质，”哈奇森说
“证明这一点是轻而易举的事
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