Stability and structure of adaptive self-organized supramolecular artificial water channels in lipid bilayers

Autor: Arthur Hardiagon, Murail, S., Huang, L., Barboiu, M., Sterpone, F., Marc Baaden
Přispěvatelé: Laboratoire de biochimie théorique [Paris] (LBT (UPR_9080)), Institut de biologie physico-chimique (IBPC (FR_550)), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Paris (UP), Unité de Biologie Fonctionnelle et Adaptative (BFA (UMR_8251 / U1133)), Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Paris (UP), Institut Européen des membranes (IEM), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM), ANR-15-CE29-0009,DYNAFUN,Systèmes Dynamiques Constitutionels- vers la selection des fonctions(2015), ANR-18-CE06-0004,Waterchannels,Canaux d'eau artificiels - vers des biomimétiques d'Aquaporine(2018), ANR-11-LABX-0011,DYNAMO,Dynamique des membranes transductrices d'énergie : biogénèse et organisation supramoléculaire.(2011), ANR-11-EQPX-0008,CACSICE,Centre d'analyse de systèmes complexes dans les environnements complexes(2011)
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2020
Předmět:
Zdroj: New Trends in Macromolecular and Supramolecular Chemistry for Biological Applications
New Trends in Macromolecular and Supramolecular Chemistry for Biological Applications, Springer, In press
HAL
Popis: International audience; Nanopores that efficiently and selectively transport water have been intensively studied at the nanoscale level. A key challenge relates to linking the nanoscale to the compound's macroscopic properties, which are hardly accessible at the smaller scale. Here we numerically investigate the influence of varying the dimensions of a self-assembled Imidazole I-quartet (I4) aggregate in lipid bilayers on the water permeation properties of these highly packed water channels. Quantitative transport studies reveal that water pathways in I4 crystal-like packing are not affected by small scaling factors, despite non-uniform contributions between central channels shielded from the bilayer and lateral, exposed channels. The permeation rate computed in simulations overestimates the experimental value by an order of magnitude, yet these in silico properties are very dependent on the force field parameters. The diversity of observed water pathways in such a small-scale in silico experiment yields some insights into modifying the current molecular designs in order to considerably improve water transport in scalable membranes.; Les nanopores qui transportent de l'eau de manière efficace et sélective ont été étudiées de manière intensive au niveau nanométrique. Un défi majeur consiste à relier la nanométrie aux propriétés macroscopiques du composé, qui ne sont guère accessibles à plus petite échelle. Ici, nous étudions numériquement l'influence de la variation des dimensions d'un agrégat d'imidazole I-quartet (I4) auto-assemblé dans des bicouches lipidiques sur les propriétés de perméation de l'eau de ces canaux d'eau très emballés. Des études quantitatives sur le transport révèlent que les voies d'eau dans les emballages cristallins I4 ne sont pas affectées par de petits facteurs de mise à l'échelle, malgré des contributions non uniformes entre les canaux centraux protégés du bicouche et les canaux latéraux exposés. Le taux de perméation calculé dans les simulations surestime la valeur expérimentale d'un ordre de grandeur, mais ces propriétés in silico dépendent beaucoup des paramètres du champ de force. La diversité des voies navigables observées dans une telle expérience in silico à petite échelle donne un aperçu de la modification des conceptions moléculaires actuelles afin d'améliorer considérablement le transport de l'eau dans les membranes évolutives.
Databáze: OpenAIRE
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