二成分脂質混合物におけるカチオン性またはアニオン性脂質のドメインの形成により、水溶性タンパク質と支持された二重層との静電結合強度が増加します。

過剰な正電荷（シトクロム c）または負電荷（β-ラクトグロブリン）を持つ水溶性タンパク質の、逆に帯電した支持平面二重層（SPB）への静電結合強度を、IR-ATR 分光法により二重層相状態（流体相またはゲル相）の関数として研究しました。二重層は、両性イオン性 DEPC とカチオン性 DMTAP またはアニオン性 DMPG の混合物から構成されていました。我々は、2つの脂質成分が異なる疎水性鎖長を有し、非理想的な混合挙動を引き起こす条件下で、2つの二重層相状態における両方のタンパク質の結合強度に劇的な違いが観察され、ゲル相は流体相よりも高い結合強度を示しました。さらに、β-ラクトグロブリンについては、DEPC/DMTAPを含むゲル相SPBへの強い結合が観察されましたが、SPBの温度を混合物の鎖融解転移温度よりも高くすると、タンパク質の完全な結合が解除されました。対照的に、同じカチオン電荷量を有するが疎水性鎖の不一致がないDMPC/DMTAPでは、SPBへのタンパク質の相依存性結合強度は観察されなかった。我々の結果は、ゲル状態への移行時の二重層脂質の部分的な分離による電荷が豊富なドメインの形成が、SPBへのタンパク質の結合強度の調節に重要である一方、固体支持体表面の固有電荷はそれほど重要ではないことを示唆しています。

The electrostatic binding strength of water-soluble proteins having either an excess positive (cytochrome c) or negative (beta-lactoglobulin) electric charge to oppositely charged supported planar bilayers (SPBs) was studied as a function of the bilayer phase state (fluid or gel phase) by IR-ATR spectroscopy. The bilayer consisted of mixtures of zwitterionic DEPC with either cationic DMTAP or anionic DMPG. We observed drastic differences in the binding strength of both proteins for the two bilayer phase states, with the gel phase exhibiting a higher binding strength than the fluid phase, under conditions where the two lipid components had different hydrophobic chain lengths resulting in a nonideal mixing behavior. In addition, for beta-lactoglobulin we observed a strong binding to a gel phase SPB comprising DEPC/DMTAP, while raising the temperature of the SPB above the chain melting transition temperature of the mixture resulted in a complete unbinding of the protein. In contrast, for DMPC/DMTAP having the same cationic charge content but no hydrophobic chain mismatch, no phase-dependent coupling strength of the protein to the SPB was observed. Our results suggest that the formation of charge-enriched domains by partial demixing of the bilayer lipids at the transition to the gel state is crucial for modulation of the protein binding strength to the SPB, while the intrinsic charge of the solid support surface is of minor importance.