Zakład Fizyki Biomedycznej
Strona główna
Zespół
Badania
Aparatura
Seminaria
Publikacje
Nasze
konferencje
Aktywność
konferencyjna
Projekty
Programy
Najbliższe
wydarzenia
Linki
Kontakt

wizyta

od 2020-09-20



Badania modelowych układów błon białkowo-lipidowych

Procesy fizyko-chemiczne, zachodzące w błonach białkowo-lipidowych, w istotnym stopniu decydują o funkcjonowaniu każdego organizmu komórkowego. Niewielkie nieprawidłowości w ich przebiegu a także zmiany w budowie błony, mogą mieć ogromne znaczenie dla życia komórki w każdym żywym organizmie.

Z tego powodu, zrozumienie procesów samo-organizacji struktur w błonie białkowo-lipidowej oraz ich wzajemnych zależności fizyko-chemicznych na różnym poziomie organizacji błony, stanowi wciąż otwarty i inspirujący obszar badań naukowych, o czym świadczy nagroda Nobla w 2003 roku z dziedziny chemii, za odkrycia i badania kanałów w ścianie komórkowej [1].

Rys. 1. Błona białkowo-lipidowa [2, 3, 4].

Próba rozwiązania jednocześnie wszystkich problemów w przypadku tak skomplikowanego zagadnienia jakim są fizyko-chemiczne uwarunkowania funkcjonowania błon białkowo-lipidowych jest nieefektywna. Z tego powodu zagadnienia te często już od wielu lat rozważa się na układach modelowych [5].

Bardzo dobrymi modelowymi substancjami, doskonale naśladującymi właściwości mechaniczne i dynamiczne błon lipidowych, są związki chemiczne z rodziny soli alkiloamoniowych, a w szczególności chlorki tych soli [6, 7, 8].

Można przedstawić je następującymi wzorami sumarycznymi:

gdzie odpowiednimi podstawnikami mogą być: M = Cd, Mn, Zn, Cu, Pd, Fe, w ogólności metal,
X = Cl, Br.

Substancje te, podobnie jak lipidy w błonie białkowo-lipidowej, zmieniają swoje właściwości fizykochemiczne oraz dynamiczne w strukturze błony, w zależności od wielu czynników zewnętrznych, między innymi [9]:

  • długości łańcucha lipidowego,

  • stopnia uwodnienia roztworu,

  • typu podstawnika,

  • typu rozpuszczalnika.

Nieuwodnione substancje soli alkiloamoniowej, tzn. będące w fazie stałej, charakteryzują się właściwościami takimi jakie posiadają termotropowe ciekłe kryształy.


Rys. 2. Schemat struktury warstwy chlorku soli alkiloamoniowej będącej w tzw. strukturze interdygitowanej.

Badania układów chlorków soli alkiloamoniowych w fazie skondensowanej dostarczają wielu istotnych informacji zarówno strukturalnych jak i dynamicznych. Szczególnie bardzo ważne są wiadomości o wewnętrznej dynamice łańcucha alkilowego.

Badania wodnych roztworów chlorków soli alkiloamoniowych, gdzie stosuje się jako rozpuszczalnik zarówno wodę zwykłą jak i deuteryzowaną, odkrywają ogromne bogactwo fazowe. Roztwory chlorków soli alkiloamoniowych ze względu na swoje właściwości i struktury jakie tworze, wykazują powinowactwo do liotropowych ciekłych kryształów. Choć poziom komplikacji układu (np. ze względu na diagram fazową) zbliża badany układ do prawdziwych struktur lipidowych w wodnym środowisku [10], to są to jednak wciąż układy modelowe.

Jedną z wielu metod, która umożliwia zbadanie procesów fizyko-chemicznych zachodzących w błonie białkowo-lipidowej, lub jej modelowych odpowiednikach, jest magnetyczny rezonans jądrowy - NMR (Nuclear Magnetic Resonance) [11]. Niezaprzeczalną zaletą tej techniki badawczej jest jej wyjątkowa selektywność i precyzja uzyskiwanych wyników [12].

Niezależnie od typu badanej substancji, wykorzystuje się różne techniki eksperymentalne spektroskopii NMR, zarówno umożliwiające obserwację lokalnej, kolektywnej i globalnej dynamiki molekularnej układu spinowego, w oparciu o oddziaływania dipolowe, kwadrupolowe lub anizotropii przesunięcia chemicznego. Dodatkowo otrzymane wyniki można uzupełnić o pomiary innych technik eksperymnetalnych takich jak SAXS (niskokątowe rozpraszanie promieni Roentgena), DSC (różnicową kalorymetrię skaningową), PLM polaryzacyjną optyczną spektroskopię i inne, co w konsekwencji pozwala otrzymać praktycznie pełny „obraz” zachowania się struktur molekularnych.

http://www.nobel.se/chemistry/laureates/2003/public.html Stoeckenius W., Engelman D.M., Current models for the structure of biological membranes, J.Cell Biol., 42, 613-646, (1969) Robertson J,D., The molecular structure and contact relationships of cell membranes, Progr. Biophys., 10, 344-418, (1960) Singer S.J., Nicolson G.L., The fluid mosaic model of the structure of cell membranes, Science, 173, 720-731, (1972) Danielli J.F., Davson A.H., A contribution to the theory of permeability of thin films, J.Cell Physiol, 5, 495-508, (1935) Gilson D.F.R., Kertes A.S., Manley R.St.J., Tsau J., Donnay G., Polymorfism in n-alkylammonium chlorides: X-ray powder difraction studies, Can.J.Chem., 54, 765-768, (1976) Kind R., Blinc R., Arend H., Muralt P., Slak J., Phase Transition form an intercalated to a nonintercalated structure in a lipid bilayer, Phys.Rev., A26, 1816-1819, (1982) Chapuis G., Schenk K., Zuniga J., Temperature induced phase transitions in lipid bilayer models, Mol.Cryst.Liq.Cryst., 113, 113-121, (1984) Zieliński R., Surfactants, AE PDN, Poznań, 2000 Gault J.D., Leite M.A., Rizzatti M.R., Gallardo H.A., The Effect of Chain Length and Salt on Phase Diagrams of the n-Alkyl Ammonium Halide-Water System, J. Colloid Interface Sci., 122, 587-590, (1988) Schlichter C.P., Principles of Magnetic Resonance, Springer Verlag, New York 1990 Certeines J.D.DE, Bovee W.M.M., Podo F., Magnetic Resonance Spectroscopy in Biology and Medicine, Pergamon Press, 1992

 © Opisy i zdjęcia: Zakład Fizyki Makromolekularnej  | Ta stona używa ciasteczek
     Zaktualizowano: podstrony  2021-06-21  / bazę danych:   2023-10-06  by Webmaster: Zbigniew Fojud