膜-イオン相互作用が生体膜の脂質フリップフロップダイナミクスを修飾する。分子動力学法による研究

Membrane-Ion Interactions Modify the Lipid Flip-Flop Dynamics of Biological Membranes: A Molecular Dynamics Study.

• Miguel A Gonzalez
• Fernando Bresme

抄録

細胞膜中の脂質の非対称な分布は、タンパク質トランスポーターによって維持されており、タンパク質が存在しない場合には、膜中に一過性の細孔を形成することを伴う脂質の自発的なフリップフロップによって維持されている。細胞膜の組成は、膜貫通タンパク質の機能を調節することで細胞の代謝に影響を与え、フリップフロッププロセスが重要な役割を果たしています。膜は水溶液と直接接触しており、様々な組成のイオンを含んでおり、脂質のヘッドグループと相互作用したり、膜貫通チャネルを介して細胞膜を横切ったりします。しかし、このイオンが脂質のフリップフロップ速度に与える影響は未解決の問題である。ここでは、1価の陽イオン（Na、K）では数分、2価の陽イオン（Mg、Ca）では数時間、3価の陽イオン（Yb）では数日と、陽イオンの価数の増加に伴ってフリップフロップ速度が大幅に遅くなることを示している。

The asymmetric distribution of lipids in the cell membrane is maintained by protein transporters, and in the absence of proteins, by spontaneous flip-flop of lipids that involve the formation of transient pores in the membrane. The composition of the cell membranes influences the metabolism of the cell by modulating the function of transmembrane proteins, and flip-flop processes are therefore of key importance. Membranes are in direct contact with aqueous solutions, containing ions of different compositions that interact with the lipid head groups or cross the cell membrane through transmembrane channels. The impact of the ions on the lipid flip-flop rates is, however, an outstanding question. Here, we show that the flip-flop rate slows down significantly with the increasing valence of the cation, from minutes for monovalent cations (Na, K) to hours for divalent (Mg, Ca) or days for trivalent cations (Yb).