人工水通道启用快速和选择性水渗透通过Water-wire网络

Woochul歌曲、Himanshu Joshi Ratul Chowdhury约瑟夫·s . Najem Yue-xiao沈,曹国伟Lang Codey b·亨德森徼,梅根Farell,梅根·e·建立科斯塔斯·d·Maranas,保罗·s·克莱莫罗伯特·j·希斯蒂芬·a . sarl Jun-li侯,阿列克谢Aksimentiev, Kumar资源
自然纳米技术。73 - 79 (2020)
DOI:https://doi.org/10.1038/s41565 - 019 - 0586 - 8助理

突出

人工水通道合成分子的目标是模仿生物的结构和功能特性的水通道(水通道蛋白)。这里我们报告cluster-forming有机nanoarchitecture peptide-appended混合[4]芳烃(PAH[4]),作为一个新类的人工水通道。荧光实验和模拟表明,多环芳烃[4]年代形成,通过横向扩散,集群在脂质膜,提供协同membrane-spanning路径快速和选择性水通过water-wire渗透网络。量化运输研究显示,多环芳烃[4]年代可以运输每个分子>每秒109个水分子,这是与水通道蛋白水通道。这些通道的性能超过当前海水淡化膜的上界极限~ 104倍,说明了水/生理盐水permeability-selectivity平衡曲线。PAH[4]的独特性能的高水/溶质通过合作water-wire选择渗透性地层将迎来另一个设计模式渗透膜分离材料,能源生产和应用的障碍。

文摘

人工水通道合成分子的目标是模仿生物的结构和功能特性的水通道(水通道蛋白)。这里我们报告cluster-forming有机nanoarchitecture peptide-appended混合[4]芳烃(PAH[4]),作为一个新类的人工水通道。荧光实验和模拟表明,多环芳烃[4]年代形成,通过横向扩散,集群在脂质膜,提供协同membrane-spanning路径快速和选择性水通过water-wire渗透网络。量化运输研究显示,多环芳烃[4]年代可以运输> 109水分子每秒每个分子,与水通道蛋白水通道。这些通道的性能超过当前海水淡化膜的上界极限~ 10倍4,水/生理盐水permeability-selectivity平衡曲线。PAH[4]的独特性能的高水/溶质通过合作water-wire选择渗透性地层将迎来另一个设计模式渗透膜分离材料,能源生产,和屏障的应用程序。

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多环芳烃的分子模型[4]频道。中央收缩混合[4]芳烃大分子和最近的苯丙氨酸根颜色绿色。剩下的苯丙氨酸半个是紫色的颜色。

顶部和横断面视图的MD系统22-mer集群(绿色和紫色)多环芳烃[4]通道嵌入POPC脂质双分子层膜(青绿色)。视觉清晰,水和离子没有显示。

长100 ns MD模拟轨迹22-mer PAH[4]集群外部应用偏差在±1 V模拟盒子。在这些应用电场MD模拟,集群是谐波抑制其均衡配置了400年底ns-long MD模拟。脂质双分子层膜所示蓝绿色,而多环芳烃[4]单位紫色和绿色所示。Na +和Cl−离子所示就是secu * tanu减去vdW黄色和蓝色表示。水没有显示清晰。

(左)医学体系22-mer集群(绿色和紫色)多环芳烃[4]通道嵌入POPC脂质双分子层膜(青绿色),显示合作水线网形成跨越膜。(右)跨膜水的特写镜头的中心收缩地区扩散。水、Na +和Cl−原子所示红色和白色,红色,和黄色分别。