Funkcje błon biologicznych

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Funkcje błon biologicznych"

Łucja Pietrzak
5 lat temu
Przeglądów:

sygnałów chemicznych i energii z jednego przedziału do drugiego Zapewnienie optymalnych warunków do

1 Funkcje błon biologicznych Tworzenie fizycznych granic - kontrola składu komórki Selektywna przepuszczalność - transport ograniczonej liczby cząsteczek Stanowienie granic faz przekazywanie sygnałów chemicznych i energii z jednego przedziału do drugiego Zapewnienie optymalnych warunków do działania enzymów, pomp jonowych i receptorów BŁONY BIOLOGICZNE BIORĄ UDZIAŁ WE WSZYSTKICH PRZEJAWACH AKTYWNOŚCI KOMÓREK

2 Główne składniki dwuwarstwy lipidowej fosfolipidy glicerolowe: PC,PE,PS,PI,CR sfingozynowe: SM, glikosfingolipidy sterole

3 IZOTERMA POWIERZCHNIOWEJ MONOMOLEKULARNEJ BŁONY LIPIDOWEJ = g o - g [N/m] - ciśnienie powierzchniowe; g o napięcie powierzchniowe czystej powierzchni cieczy; g napięcie powierzchniowe tej samej cieczy pokrytej błonka powierzchniową I III I błonka gazowa; II obszar równowagi ciekłej błonki rozciągniętej i błonki gazowej; III ciekła błonka rozciągnięta; IV - obszar przejścia od ciekłej błonki rozciągniętej do ciekłej błonki skondensowanej;v ciekła błonka skondensowana; VI - stała błonka skondensowana V VI

4 WARSTWY LANGMUIRA-BLODGETT Podłoże hydrofobowe Podłoże hydrofilowe Orientacje cząsteczek

5 BIMOLEKULARNE BŁONY LIPIDOWE metody otrzymywania A B C I o I R I T R = I R I o = 4 n n 0 n + n 0 2 sin 2 nd l, gdzie n współczynnik załamania światła dla materiału błony; n o - współczynnik załamania światła dla fazy wodnej; d grubość błony; l długość fali użytego światła; R współczynnik odbicia światła padającego prostopadle do powierzchni błony

6 WYZNACZANIE GRUBOŚCI DWUWARSTWY LIPIDOWEJ (na podstawie pomiaru jej pojemności elektrycznej) 1. Błona stanowi nieprzepuszczalną dla jonów barierę (dielektryk o stałej dielektrycznej typowej dla wyższych węglowodorów nasyconych, e = 2,3 2,5), rozdzielającą 2 roztwory elektrolitów, stanowiące okładki kondensatora. 2. Grubość błony oblicza się przyjmując, że stanowi ona wraz z roztworami wodnymi kondensator płaski, którego pojemność wyliczana jest z szybkości zaniku impulsów w błonie. 3. Otrzymywana wartość to grubość jedynie hydrofobowego wnętrza błony.

gdzie T o temperatura topnienia dd obniżenie współczynnika napięcia

7 ZMIANY W ORGANIZACJI MIKROSTRUKTURY BŁON LIPIDOWYCH wbudowanie białek ZMIANA TEMPERATURY PRZEJŚCIA T = T o - dd ds hydrofobowy region bialka, gdzie T o temperatura topnienia dd obniżenie współczynnika napięcia powierzchniowego wywołane absorpcją białka ds entropia przejścia na jednostkę powierzchni

8 ZMIANY W ORGANIZACJI MIKROSTRUKTURY BŁON LIPIDOWYCH tworzenie domen lipidowych ph Ca 2+ t = A 4 D N X, gdzie X ułamek molowy lipidu, A pole powierzchni przypadające na cząsteczkę D współczynnik dyfuzji N liczba cząsteczek w domenie np. dla A=75Å, X=0,5, D=10 7 cm 2 /s domeny liczące 100 cząsteczek (N) powstają w czasie t=10 7 s

9 DEFEKTY W BŁONIE LIPIDOWEJ WYWOŁANE WBUDOWANIEM BIAŁKA RELAKSACJA DYLATACJA

10 DOMENOWA BUDOWA BŁON BIOLOGICZNYCH

11 PRZEJŚCIA FAZOWE LIPIDÓW - I CZYNNIKI WYWOŁUJĄCE: 1. Stopień uwodnienia 2. Temperatura: a) im dłuższy łańcuch acylowy tym wyższa b) im więcej wiązań podwójnych tym niższa CZYNNIKI REGULUJĄCE: 1. Cholesterol (jego dodatek obniża temperaturę głównego przejścia fazowego, dzięki czemu można uzyskać fazę wysoko uporządkowaną i płynną) 2. ph 3. Jony Ca

12 Przejścia fazowe II

13 PORÓWNANIE PARAMETRÓW FIZYCZNYCH BŁONY BIOLOGICZNEJ Z DWUWARSTWĄ LIPIDOWĄ Grubość [nm] Pojemność el. [mf/cm 2 ] Napięcie przebicia [mv] Współczynnik napięcia powierzchniowego [N/m] Opór [ x cm 2 ] Dwuwarstwa lipidowa 6,0 7,5 0,4 1, (0,5 2) x Błona biologiczna 6,0 10,0 0,5 1,3 Ok. 100 (0,03-2) x

14 MODEL BŁONY (płynna mozaika) białko powierzchniowe (usuwane z błony roztworami o wysokiej sile jonowej) fragment domeny lipidowej dwuwarstwa lipidowa białko integralne (po usunięciu z błony detergentami ma lipidowa otoczkę) wg Singera i Nicolsona (1972)

15 Połączenie błony z cytoszkieletem

16 SKŁAD LIPIDOWY BŁON rozmieszczenie w dwuwarstwie błony Zewnętrzna monowarstwa Głównie lipidy cholinowe [%] 100 RBC HEPATOCYTY PŁYTKI KRWI Wewnętrzna monowarstwa Ujemnie naładowana ( grup NH 2 - obecność PS - miejsce koncentracji PKC) Bardziej płynna ( kwasów nienasyconych) PC PE PS PI

17 PŁYNNOŚĆ BŁONY PŁYNNOŚĆ BŁONY KOMÓRKOWEJ (ODWROTNOŚĆ MIKROLEPKOŚCI) ZALEŻY OD: 1. SKŁADU LIPIDOWEGO BŁONY 2. DYNAMIKI LIPIDÓW I UPORZĄDKOWANIA ŁAŃCUCHÓW ACYLOWYCH KWASÓW TŁUSZCZOWYCH, ZALEŻNYCH m.in. OD TEMPERATURY GŁÓWNEGO PRZEJŚCIA FAZOWEGO 3. ODDZIAŁYWAŃ BIAŁKO-LIPID (zjawisko lipidu granicznego), LIPID-LIPID (przede wszystkim stosunek zawartości cholesterolu do fosfolipidów i SM do PC; dualizm działania cholesterolu: a) usztywnianie błony w fazie ciekłokrystalicznej oraz b) upłynnianie jej w fazie żelu) UTRZYMANIE STAŁEJ, OKREŚLONEJ PŁYNNOŚCI BŁON JEST JEDNĄ Z NAJWAŻNIEJSZYCH CZYNNOŚCI ŻYCIOWYCH KOMÓRKI

18 RUCHY CZĄSTECZKOWE W DWUWARSTWIE LIPIDOWEJ RUCHY W OBRĘBIE JEDNEJ CZĄSTECZKI 1. Wokół wiązań C C 2. Fragmentów fosfolipidów (najmniej ruchliwa jest część glicerolowa, najbardziej końce metylowe i polarne) RUCHY CZĄSTECZKI JAKO CAŁOŚCI 1. Rotacyjne 2. Translacyjne

19 RUCHY CZĄSTECZEK W DWUWARSTWIE LIPIDOWEJ D RII D RII Q 10 7 cząst./min n J D R t J t f D T 1cząst./kilka h D T Rotacyjne: izotropowe anizotropowe Translacyjne: lateralne transwersalne (flip-flop) D rot = q 2 4 t D T = l 2 4 t

20 TRANSLACYJNE RUCHY CZĄSTECZEK W BŁONIE KOMÓRKOWEJ TRANSWERSALNE tylko lipidy LATERALNE lipidy białka 10 7 cząst./min 1 cząst./kilka h

PRZEPUSZCZALNOŚC k WSPÓŁCZYNNIK PODZIAŁU D WSPÓŁCZYNNIK DYFUZJI D GRUBOŚĆ BŁONY

21 TRANSPORT WODY PRZEZ DWUWARSTWĘ wolna przestrzeń 1 6 / cząst. P = k D d STAN CIEKŁO-KRYSTALICZNY: P=10 5 m/s STAN KRYSTALICZNY: P=10 8 m/s P PRZEPUSZCZALNOŚC k WSPÓŁCZYNNIK PODZIAŁU D WSPÓŁCZYNNIK DYFUZJI D GRUBOŚĆ BŁONY TRANSPORT JEST NAJINTENSYWNIEJSZY W FAZIE PRZEJŚCIA ZE STANU CIEKŁO-KRYSTALICZNEGO W KRYSTALICZNY

22 DYFUZJA CZĄSTECZEK W PŁASZCZYŹNIE BŁONY WSPÓŁCZYNNIK DYFUZJI NIE ZALEŻY OD DŁUGOŚCI ŁAŃCUCHA LIPIDÓW, ALE OD TEMPERATURY: gdzie D= D o x e A/T A- energia aktywacji D o - współczynnik dyfuzji w elektrolicie T temperatura W temperaturze 50 o C D dla fazy ciekłej m 2 /s fazy krystalicznej m 2 /s WSPÓŁCZYNNIKI DYFUZJI DLA MAŁYCH CZĄSTECZEK SĄ ODWROTNIE PROPORCJONALNE DO PIERWIASTKA KWADRATOWEGO Z MASY CZĄSTECZKOWEJ

LIPOSOMY zastosowanie w biologii i medycynie Badania właściwości białek błonowych Modulowanie procesów zachodzących w naturalnych błonach Możliwość wbudowania dodatkowych składników

23 LIPOSOMY zastosowanie w biologii i medycynie Badania właściwości białek błonowych Modulowanie procesów zachodzących w naturalnych błonach Możliwość wbudowania dodatkowych składników do błony komórkowej Wprowadzanie do komórek substancji trudno rozpuszczalnych i łatwo utleniających się w wodzie Ukierunkowane dostarczanie leków Wzmocnienie odpowiedzi immunologicznej

24 LIPOSOMY techniki formowania Sonikacja nm Wytrząsanie 5 50 mm DWUWARSTWOWE WIELOWARSTWOWE nm mm Transport substancji Badanie właściwości białek błonowych

25 log p/k LIPOSOMY dyfuzja cząsteczek przez błonę liposomów 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0, MASA CZĄSTECZKOWA P współczynnik przepuszczalności K współczynnik podziału

26 Kanały wodne

Podobne dokumenty

Właściwości błony komórkowej

płynność asymetria Właściwości błony komórkowej selektywna przepuszczalność Płynność i stan fazowy - ruchy rotacyjne: obrotowe wokół długiej osi cząsteczki - ruchy fleksyjne zginanie łańcucha alifatycznego