东京理工大学 不对称的分子结构允许合成的两亲物通过添加到预先形成的膜中而定向插入到双层中
与配体的络合通过形成超分子通道促进离子转运，配体的去除使转运功能失活
信用:东京理工大学 在高等生物中，细胞和细胞器被膜包围，膜不仅在建立与外部环境的屏障方面起着重要作用，而且在调节液体、电解质、蛋白质和其他有用物质的交换方面也起着重要作用
通常，这些膜由脂质分子形成的防水层组成，各种“跨膜蛋白”嵌入这种双层膜中
这些蛋白质以一种方式组装，使得它们产生独特的“门”或“通道”，在特定条件下响应选择性分子或离子而打开和关闭
生物膜的这些选择性和传感能力的特性来自其复杂的结构，它们共同使这些膜成为合成用于开发先进传感和分离装置的新材料的有吸引力的模型
然而，迄今为止，人工开发这种分子组装体——能够以功能活性取向在膜中自我组装——仍然具有挑战性
在《自然通讯》发表的一项研究中，东京理工大学的科学家推进了对人工分子的研究，开发了一种模拟天然离子通道的离子传输活动的合成通道
该研究的合著者，Kazushi Kinbara教授和田崎敬浩·村冈教授解释说，“限制人工跨膜分子应用的一个主要障碍是实现功能活性取向
我们试图创造一种跨膜分子来克服这个困难
" 为了实现这个目标，科学家们专注于一个跨越细胞膜多次的生物离子通道的结构，并以此为基础设计了两个人工分子
这些分子由称为BPO单元的防水结构块和称为低聚乙二醇链的水溶性部分组成
这些结构特征使这些人造分子在嵌入膜中时能够自我聚集
这些分子还含有磷酸基团，这进一步帮助它们获得正确的跨膜方向
接下来，科学家们重点研究了这两种分子中的一种，以分析其结构特性
他们观察到，当合适的诱饵样“配体”分子被添加到含有人工分子的溶液中时，它们成功地结合到结构上——证实了该结构确实具有功能活性
此外，当这些分子被引入到预先形成的膜中时，它们可以自己在膜中插入和定向
在特定配体的存在下，嵌入膜的大分子改变了它们的结构并运输离子，包括锂、钾和钠离子
因为这种合成分子在人造膜上显示出有希望的结果，科学家们随后在活细胞中进行了测试
使用一种叫做荧光显微镜的技术，他们观察到大分子在生物膜中也显示出相同的功能特性，包括不同的配体结合和调节离子转运活性！ 综上所述，这项研究展示了人工设计的分子是如何自我组装、定位、定向和模拟生物离子运输过程的
这些发现有可能刺激仿生调控领域的进步
作者乐观地总结道，“我们研究的有希望的结果解决了一个持续的限制，这个限制阻碍了人工仿生膜蛋白在应用领域的应用
"
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