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Supramolecular Mechanosensitive Potassium Channel Formed by Fluorinated Amphiphilic Cyclophane

化学 机械敏感通道 环番 超分子化学 两亲性 脂质双层 双层 离子通道 超分子组装 离子运输机 乙二醇 分子 有机化学 共聚物 聚合物 生物化学 受体
作者
Kohei Sato,Ryo Sasaki,Ryoto Matsuda,Mayuko Nakagawa,Toru Ekimoto,Tsutomu Yamane,Mitsunori Ikeguchi,Kazuhito V. Tabata,Hiroyuki Noji,Kazushi Kinbara
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:144 (26): 11802-11809 被引量:18
标识
DOI:10.1021/jacs.2c04118
摘要

Inspired by mechanosensitive potassium channels found in nature, we developed a fluorinated amphiphilic cyclophane composed of fluorinated rigid aromatic units connected via flexible hydrophilic octa(ethylene glycol) chains. Microscopic and emission spectroscopic studies revealed that the cyclophane could be incorporated into the hydrophobic layer of the lipid bilayer membranes and self-assembled to form a supramolecular transmembrane ion channel. Current recording measurements using cyclophane-containing planer lipid bilayer membranes successfully demonstrated an efficient transmembrane ion transport. We also demonstrated that the ion transport property was sensitive to the mechanical forces applied to the membranes. In addition, ion transport assays using pH-sensitive fluorescence dye revealed that the supramolecular channel possesses potassium ion selectivity. We also performed all-atom hybrid quantum-mechanical/molecular mechanical simulations to assess the channel structures at atomic resolution and the mechanism of selective potassium ion transport. This research demonstrated the first example of a synthetic mechanosensitive potassium channel, which would open a new door to sensing and manipulating biologically important processes and purification of key materials in industries.
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