カーボンナノチューブポーリンの混合組成担持脂質二重層における拡散

Carbon nanotube porin diffusion in mixed composition supported lipid bilayers.

• Kylee Sullivan
• Yuliang Zhang
• Joseph Lopez
• Mary Lowe
• Aleksandr Noy

抄録

カーボンナノチューブポーリン(CNTP)は、脂質二重層に自己挿入可能なカーボンナノチューブの短い断片であり、生体膜チャネルの簡易モデルである。我々は、高速原子間力顕微鏡(HS-AFM)と全原子分子動力学(MD)シミュレーションを用いて、DOPC脂質とDMPC脂質の混合脂質膜におけるCNTPの挙動を研究した。HS-AFMデータから、CNTPは二重層面内で拡散運動をすることが明らかになった。HS-AFMムービーから抽出された運動軌跡から、CNTPは脂質二重膜中の膜タンパク質に報告されている値とほぼ同様の拡散係数を示していることがわかりました。このデータはまた、DMPCの割合を増加させると、CNTPの拡散が著しく遅くなることを示している。MDシミュレーションにより、CNTPと脂質の集合体が膜内を拡散することが明らかになり、実験結果と一致した傾向が示された。

Carbon nanotube porins (CNTPs), short pieces of carbon nanotubes capable of self-inserting into a lipid bilayer, represent a simplified model of biological membrane channels. We have used high-speed atomic force microscopy (HS-AFM) and all-atom molecular dynamics (MD) simulations to study the behavior of CNTPs in a mixed lipid membrane consisting of DOPC lipid with a variable percentage of DMPC lipid added to it. HS-AFM data reveal that the CNTPs undergo diffusive motion in the bilayer plane. Motion trajectories extracted from the HS-AFM movies indicate that CNTPs exhibit diffusion coefficient values broadly similar to values reported for membrane proteins in supported lipid bilayers. The data also indicate that increasing the percentage of DMPC leads to a marked slowing of CNTP diffusion. MD simulations reveal a CNTP-lipid assembly that diffuses in the membrane and show trends that are consistent with the experimental observations.