含夹杂物双层膜的结构与组织

膜组织对于信号转导和膜运输等细胞功能至关重要。一个主要挑战是理解存在夹杂物时膜中的侧向异质结构和膜流动性。基于大量关于脂质膜侧向组织的实验证据，这些膜在存在不同夹杂物时表现出惊人相似的特征，我们首先提出了一种嵌入纳米级夹杂物的双层膜通用模型系统，并解释了实验发现。在此，疏水性夹杂物是内在膜蛋白、嵌入膜中的胆固醇、疏水性药物或其他用于生物医学应用的纳米颗粒的简单模型。研究发现，在中等夹杂物浓度下会形成富含脂质/夹杂物的筏域 (raft domains)，而随着夹杂物增加，这些域会消失。在高夹杂物含量下，由于脂质介导的夹杂物间有效吸引力，会发生夹杂物的链式排列。同时，增加夹杂物也会导致膜增厚，且夹杂物的分布会经历从位于双层膜中平面的单层结构到排列在双层两个小叶中的双层结构的层状转变。我们的理论预测解决了膜与夹杂物之间复杂的相互作用，提出了一种统一机制，反映了有利于形成富脂质筏的脂质构象熵与导致均匀分散的夹杂物空间排斥之间的竞争。