在英国化学家们已经开发出一种新的人工系统,模拟生物跨膜信号。使用membrane-anchored分子合成细胞磷脂双分子层的传感器,一个氧化还原信号以外的细胞可以产生放大荧光反应。
跨膜信号转导是一个过程,一个细胞外信号通信跨细胞膜,导致细胞内的反应。信号转导在本质上是无处不在的,在许多生物系统中扮演着重要的角色。通常,cell-bound蛋白质作为受体在承认刺激,能传感信号细胞内。信号经常会激活无数效应器,放大原始信号。
复制的跨膜信号转导在人工系统已经在科学界长期挑战。早期解决方案涉及运输离子在细胞膜通过服装membrane-permeable笼子,或通过创建人工渠道,通过膜作为通道。然而,放大一个细胞内的反应没有身体外部的化学物质跨膜运输更具有挑战性。的想法是告诉里面的细胞外环境中正在发生的事情,但是不让任何从外部环境到内部的细胞,”解释道克里斯托弗·亨特剑桥大学的。这些特性,分离betway必威游戏下载大全的输入和输出信号放大,在生物系统是信息处理的一个关键部分。
科学家开发出了各种人工信号转导系统在应对这一挑战,但从猎人一个突破的研究小组首先使用一个外部的氧化还原信号。他们的新系统特性与membranebetway必威游戏下载大全-anchored传感器分子囊泡,包括两个steroid-linked headgroups。至关重要的是,这个分子短于脂质双分子层的厚度,这意味着内部headgroup泡内不能同时泡外的外部headgroup,反之亦然。两个headgroups可以绑定到一个不同类型的金属离子,但由于传感器分子太短跨整个双分子层,只有一个headgroup可以绑定一个金属离子一次——这创造了一个开/关开关。
在关闭状态,外部headgroup结合铜离子以外的泡。这个铜的氧化态+ 2和其强大的绑定到外部headgroup传感器分子的位置。打开系统必须引入一个信号。抗坏血酸钠-俗称维生素C -添加到细胞外环境。它的电子,减少铜的氧化态+ 2 + 1。减少外部headgroup铜结合不太积极,所以传感器整个双层分子可以自由移动。当内部headgroup到达内的囊泡结合镉离子,一旦绑定,系统的状态。结果镉复杂的催化作用的水解酯基质内泡给荧光产品。因此,传感器分子通信添加维生素C在细胞外,细胞内产生荧光信号。此外,由于复杂的镉是一种催化剂,它可以水解多个酯基质,因此它在生物系统放大信号一样。 To turn the switch off again, one simply adds more copper (II) to the system, which pulls the transducer molecule back into the external position and deactivates the cadmium catalyst.
控制
使用一个传感器分子的方法,可以跨越细胞膜的灵感来源于自然,但独特的合成系统。生物系统提供重要线索的纳米技术工作,我们可能会与合成系统的实现。第一信号系统…是一个信号蛋白的直接复制用于生物学…但合成系统是很难描述和控制,”亨特说。这方法不需要membrane-spanning分子,但使用运动传感器分子的双分子层膜,这是更容易控制。
”[]是什么了不起的关于这个系统的使用氧化剂触发器。这个简单却巧妙地重要的控制功能:一个可逆的氧化还原信号促进化学无关esterase-like催化功能在一个人工细胞的评论乔纳森Clayden分子通讯设备专家布里斯托尔大学的英国。这打开了构建生物正交信号系统运行并行的可能性这些固有的活细胞。
托马斯-施,研究的方法来控制生物过程与人工受体Duisburg-Essen大学在德国,希望工作能激发更多的化学家们为这个领域做出贡献。虽然人工信号转导的领域还处于起步阶段,它有高潜力迷人的生物实验,与活细胞沟通的最终目标。
通过添加氧化还原切换到不断增长的信号机制,阿森纳猎人研究小组希望开发未来系统在不同的细胞可以应对不同的正交输入。
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