生物中几乎三分之一的蛋白质牢牢地嵌入生物膜中 - 无论是在细胞的外膜还是在细胞内部区域的边界。在那里，这些膜蛋白质执行重要任务，例如，用作通过膜运输代谢物和营养物的分子通道或用作感测细胞环境的传感器蛋白质。

由巴塞尔苏黎世联邦理工学院生物系统科学与工程系教授DanielJ.Müller领导的研究小组现在研究了膜蛋白是如何进入膜的。为此，他们使用了一种高度精确的方法，使他们能够从膜中提取单个蛋白质或将其沉积在膜上。这种被称为单分子力谱的方法，让科学家能够以极其精确的方式将一个厚度仅为几纳米的计算机控制的悬臂引导到膜表面的特定位置。分子粘附力导致位于那里的蛋白质粘附到悬臂上。

两种辅助蛋白的作用

在细菌蛋白质的实验中，研究人员能够阐明两种辅助蛋白 - 插入酶和转位酶 - 的作用，使膜蛋白能够嵌入膜中。插入酶是单一蛋白质，而转位酶是由多种蛋白质组成的复合物。它们都确保孔隙在膜中打开。“在插入酶的情况下，我们可以将这个孔想象成一个载玻片。膜蛋白最初是作为一个非结构化的肽链存在，从而将这个载玻片滑入膜中。在膜中，这个肽链然后具有其功能性三个 - 维度形状，“ETH穆勒教授解释说。“一旦膜蛋白成功地变成三维并嵌入膜中，

到目前为止，关于这些辅助蛋白如何起作用的研究是不精确的，仅使用短肽或仅在生物膜外进行。“我们现在已经一步一步地观察和描述了整个蛋白质如何将自身嵌入膜中并呈现出三维形态，”Tetiana Serdiuk说道，他是ETH教授穆勒研究小组的博士后研究人员作者。

ETH研究人员还能够显示插入酶和转位酶如何发挥作用的差异：插入酶将肽链相对快速但笨拙地插入膜中。“这意味着它们特别适用于小蛋白质，”Müller说。另一方面，转位酶将肽链逐段插入膜中，使其更适合更复杂的蛋白质。

对医学很重要

这项研究是经典基础研究的案例，鉴于膜蛋白对医学的重要性，这一研究尤其重要，Müller强调：“大约一半的药物都作用于膜蛋白，我们需要了解这些膜蛋白是如何形成的以及它们如何运作。“

此外，ETH科学家为本研究进一步完善的单分子力谱可用于其他应用：与国家分子系统工程研究能力中心(NCCR)，Müller和其他科学家合作开发人造生物细胞。“这种方法可用于定制生物膜与蛋白质，基本上编程，”ETH教授说。“这种人造细胞有朝一日可以用作分子工厂，以工业规模生产药品。”