Международная команда исследователей co-led Жоржем Белфортом обнаружила воду, в форме «водных проводов», содержала в другой молекуле – имидазоле – основанное на азоте органическое соединение, которое могло использоваться в качестве потенциального стандартного блока для искусственных аквапоринов. Результаты были недавно изданы в Научных Достижениях Американской ассоциацией содействия развитию науки.
Белфорт – профессор Института и преподаватель химической и биологической разработки в Ренселлеровском политехническом институте.Коллега Бельфора, Михаил Барбоиу, лидер исследования в European Membranes Institute (EMI) во Франции, синтезировал и изучил динамику кольцевой структуры имидазола, включенного в поддержанный двойной слой липида (т.е. в синтетическую модель биологической мембраны, окружающей клетку).
EMI работает под покровительством нескольких организаций, включая Национальный Центр Франции Научного исследования (сократил CNRS на французском языке).Исследования рентгена Barboiu и динамические компьютерные моделирования исследователем CNRS Марком Бааденом показывают, что кольцевая структура имидазола делает молекулу идеальным кандидатом, чтобы узнать о том, как могли быть развиты искусственные аквапорины. В теории собранные молекулы имидазола действуют как аквапорин, позволяя молекулам воды войти и возможно течь через центр кольцевой структуры, не пуская другие молекулы.Однако, не было никакого прямого доказательства, что вода существовала в канале воды имидазола.
Чтобы узнать, Барбоиу включил в список помощь Бельфора и Поуля Петерсена, доцента химии в Корнелльском университете.Посредством их экспериментальных исследований Бельфор и Петерсена нашел, что мало того, что вода существует в канале воды имидазола, но также и что кольцевая конструкция имидазола побуждает молекулы воды самособираться в высоко ориентированную линейную структуру цепи – или что исследователи назвали «водными проводами».«Впервые, мы сделали непосредственное наблюдение этой уникальной водной структуры в синтетическом водном канале, который подражает аквапорину», заявил Бельфор.Бельфор и его коллеги также обнаружили, что хиральность молекул имидазола ориентирует молекулы воды и могла увеличить проходимость воды через водный канал по сравнению с achiral (т.е., не chiral) молекулы имидазола, которые они также собрали.
Хиральность происходит, когда зеркальное отображение объекта не superimposable – например, Ваша левая и правая рука.В случае молекулы имидазола ее хиральность зависит от способа, которым организованы группы атомов в молекуле. Как Бельфор объяснил, chiral атомы имидазола могут быть рассмотрены как спицы на велосипедном колесе, которое не может быть нанесено на «спицы» имидазола, который является achiral.
«Если Вы помещаете несколько из этих колец друг на друга как груда блинов, центр (‘аксель’) спиц держит молекулы воды и позволяет им соединиться друг с другом заказанным способом сформировать водный провод», сказал он. «Наши результаты также показали, что водный провод изменил свою ориентацию, когда хиральность имидазола изменяется, далее подтверждая, что chiral форма имидазола управляет, как вода ведет себя».В их исследовании исследователи использовали искусственные водные каналы, которые они создали из самособранных структур имидазола в двойных слоях липида, тонкие мембраны, которые формируют непрерывный барьер вокруг клеток. Стандартные блоки имидазола синтезировались Barboiu и его группой во Франции.
Исследовательская группа Бельфора тогда собрала двойные слои липида, чтобы содержать структуры имидазола.Команда Бельфора использовала кварцевый микробаланс кристалла (QCM), чтобы измерить собрание и содержание воды. Исследователи используют QCM, чтобы измерить небольшие массовые изменения на вибрирующем кварцевом кристалле.
Липиды, содержащие водные проводные структуры, тогда нес Корнеллу Мирко Сорчи, научный сотрудник в лаборатории Бельфора, чтобы далее проанализировать присутствие водного провода и его ориентацию, используя специальный инструмент, который измеряет водородные связи между молекулами воды, названными спектрометром поколения частоты суммы.