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].

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].

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.

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.