Voy a dividir su pregunta en dos partes:
¿Por qué se inserta una proteína de membrana en una bicapa lipídica (in vitro) ?
Stephen White ha realizado un trabajo tremendo en este campo (The Stephen White Laboratory en UC Irvine). Aquí hay un resumen de su modelo de cuatro pasos para las interacciones proteína-membrana.
- Particionamiento : partición de la cadena desplegada en la interfaz de la membrana.
- Plegamiento : plegamiento de la proteína en la interfase, para evitar la penalización de energía libre de la inserción de enlaces peptídicos cargados en el entorno hidrófobo.
- Inserción : inserción de la proteína en la bicapa de la membrana, considerada la barrera de energía libre, y también más difícil de estudiar, ya que los parches hidrofóbicos pueden acumularse en la superficie de la membrana.
- Asociación : asociación de los dominios insertados para completar la estructura transmembrana (TM), Engelman (The Engelman Lab) ha demostrado que las hélices TM de bacteriorrodopsina (bR), cuando se insertan de forma independiente, pueden asociarse y ensamblarse en la estructura plegada. Lo que sugiere que la inserción es independiente del ensamblaje.
- Lo anterior representa ampliamente los pasos involucrados en este proceso, sin embargo, el paso de determinación de la velocidad puede ser diferente, y se entiende que la división y el plegado son procesos acoplados.
Para que ocurra todo lo anterior, el modelo de mosaico fluido de Singer y Nicholson que representa la membrana como una losa hidrofóbica ya no es válido. Ahora, la bicapa se estudia como una membrana con dos o tres regiones distintas (dependiendo del tipo de lípido), principalmente (a) la región del grupo de cabeza, capaz de unirse al hidrógeno, representa el 50% de la bicapa y (b) el límite entre los grupos principales y los hidrocarburos (HC) no es distinto, sino que está sujeto a fluctuaciones térmicas y químicas. A partir de las dos afirmaciones anteriores, podemos concluir que las interacciones del grupo de cabeza con proteínas TM probablemente sean significativas.
- ¿Podrían los tardígrados servir como organismos modelo?
- ¿Qué consecuencias podría tener si todos los virus (no los de la computadora) desaparecen repentinamente del universo instantáneamente?
- ¿Por qué algunos kits de PCR incluyen la solución GC Enhancer? ¿Qué hace este químico?
- ¿Por qué la replicación celular pierde precisión y acumula errores con las repeticiones?
- ¿Cuántos fragmentos se generarán en PBR322 para Ecor1, Hind3 y BamH1 siempre que se usen en diferentes plásmidos?
Figura 1: proteínas (izquierda) insertadas según el modelo de mosaico fluido (derecha)
KvAP S4 hélice en una bicapa de fosfolípidos (Código de color: rojo, agua; amarillo, fosfatos; verde, cadenas de alquilo; gris, residuos hidrofóbicos S4; azul, argininas) La bicapa alrededor de la hélice está distorsionada, debido a la flexibilidad de los fosfolípidos.
¿Cuáles son las similitudes entre las membranas lipídicas y las membranas biomiméticas (polímeros sintéticos)?
Que yo sepa, los copolímeros tribloque tipo ABA se han utilizado para imitar membranas. Los copolímeros de bloque se sintetizan mediante polimerización controlada de diferentes monómeros. 
En la imagen de arriba, puede ver por qué los copolímeros de tipo ABA son adecuados para construir membranas biomiméticas (los grupos de cabeza hidrofílica (A) y las colas hidrofóbicas (B) pueden representarse por dos usando dos tipos diferentes de polímeros sintéticos). Además, variando A y B (química, longitud, etc.), se puede crear fácilmente una variedad de polímeros. Estos polímeros también son más mecánicamente estables en comparación con las membranas lipídicas, de ahí el interés en estudiar las membranas biomiméticas.
El gradiente dieléctrico que existe en las membranas lipídicas es crítico para la reconstitución de proteínas, y siempre que se mantenga en una membrana biomimética, hay una buena posibilidad de inserción de proteínas.
Existen varios métodos de reconstitución (aplicando presión o voltaje a los canales iónicos para ayudar a que la proteína atraviese la barrera de energía libre), y a partir de una encuesta bibliográfica rápida, parece que los métodos de reconstitución de proteínas TM para membranas biomiméticas y bicapas son más o menos iguales.
Referencia:
Inserción de proteínas de membrana: el nexo biología-física
Reconstitución de las proteínas del canal en … [Angew Chem Int Ed Engl. 2000]
Membranas asimétricas de copolímero tribloque ABC … [Macromol Biosci. 2004]
