Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Biofizyka lipidów Błony lipidowe jako modele błon biologicznych.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Biofizyka lipidów Błony lipidowe jako modele błon biologicznych."— Zapis prezentacji:

1 Biofizyka lipidów Błony lipidowe jako modele błon biologicznych

2 Fizykochemiczna charakterystyka lipidów (rozpuszczalność) Zróżnicowana grupa substancji, które w wodzie rozpuszczają się słabo, albo nie rozpuszczają w ogóle. Zróżnicowana grupa substancji, które w wodzie rozpuszczają się słabo, albo nie rozpuszczają w ogóle.

3 Fizykochemiczna charakterystyka lipidów (rozpuszczalność) Zróżnicowana grupa substancji, które w wodzie rozpuszczają się słabo, albo nie rozpuszczają w ogóle. Zróżnicowana grupa substancji, które w wodzie rozpuszczają się słabo, albo nie rozpuszczają w ogóle. Ekstrahują się rozpuszczalnikami organicznymi (eterem, benzenem, chloroformem). Ekstrahują się rozpuszczalnikami organicznymi (eterem, benzenem, chloroformem).

4 Fizykochemiczna charakterystyka lipidów (rozpuszczalność) Zróżnicowana grupa substancji, które w wodzie rozpuszczają się słabo, albo nie rozpuszczają w ogóle. Zróżnicowana grupa substancji, które w wodzie rozpuszczają się słabo, albo nie rozpuszczają w ogóle. Ekstrahują się rozpuszczalnikami organicznymi (eterem, benzenem, chloroformem). Ekstrahują się rozpuszczalnikami organicznymi (eterem, benzenem, chloroformem). O rozpuszczalności w wodzie decyduje duża wartość elektrycznego momentu dipolowego, albo zdolność polaryzowania się pod wpływem wody. O rozpuszczalności w wodzie decyduje duża wartość elektrycznego momentu dipolowego, albo zdolność polaryzowania się pod wpływem wody.

5 Fizykochemiczna charakterystyka lipidów (właściwości amfofilowe) Cząsteczki lipidów są apolarne, co wynika z nagromadzenia dużej liczby grup –CH 2 -. Cząsteczki lipidów są apolarne, co wynika z nagromadzenia dużej liczby grup –CH 2 -.

6 Fizykochemiczna charakterystyka lipidów (właściwości amfofilowe) Cząsteczki lipidów są apolarne, co wynika z nagromadzenia dużej liczby grup –CH 2 -. Cząsteczki lipidów są apolarne, co wynika z nagromadzenia dużej liczby grup –CH 2 -. Oprócz łańcuchów węglowych w cząsteczkach lipidów występują grupy polarne lub jonowe (np. estrowe, fosforanowe, aminowe, hydroksylowe i in.). Oprócz łańcuchów węglowych w cząsteczkach lipidów występują grupy polarne lub jonowe (np. estrowe, fosforanowe, aminowe, hydroksylowe i in.).

7 Fizykochemiczna charakterystyka lipidów (właściwości amfofilowe) Cząsteczki lipidów są apolarne, co wynika z nagromadzenia dużej liczby grup –CH 2 -. Cząsteczki lipidów są apolarne, co wynika z nagromadzenia dużej liczby grup –CH 2 -. Oprócz łańcuchów węglowych w cząsteczkach lipidów występują grupy polarne lub jonowe (np. estrowe, fosforanowe, aminowe, hydroksylowe i in.). Oprócz łańcuchów węglowych w cząsteczkach lipidów występują grupy polarne lub jonowe (np. estrowe, fosforanowe, aminowe, hydroksylowe i in.). W cząsteczkach lipidów grupy polarne znajdują się obok siebie tworząc część hydrofilową, podczas gdy reszta cząsteczki stanowi część hydrofobową. W cząsteczkach lipidów grupy polarne znajdują się obok siebie tworząc część hydrofilową, podczas gdy reszta cząsteczki stanowi część hydrofobową.

8 Fizykochemiczna charakterystyka lipidów (właściwości amfofilowe) ab 1. ab ab Lecytyna, 2. Cholesterol, 3. Schemat cząsteczki amfofilowej; a. Część hydrofilowa, b. Część hydrofobowa

9 Fizykochemiczna charakterystyka lipidów (aktywność powierzchniowa) Woda Olej

10 Fizykochemiczna charakterystyka lipidów (aktywność powierzchniowa) Woda Olej Woda

11 Fizykochemiczna charakterystyka lipidów (aktywność powierzchniowa) Aktywność powierzchniowa lipidów wynika ze zdolności absorbowania się na powierzchni cieczy

12 Fizykochemiczna charakterystyka lipidów (aktywność powierzchniowa) Aktywność powierzchniowa lipidów wynika ze zdolności absorbowania się na powierzchni cieczy Czynność powierzchniowa lipidów obniża napięcie powierzchniowe cieczy

13 Fizykochemiczna charakterystyka lipidów (aktywność powierzchniowa) Aktywność powierzchniowa lipidów wynika ze zdolności absorbowania się na powierzchni cieczy Czynność powierzchniowa lipidów obniża napięcie powierzchniowe cieczy Najwyższą aktywnością powierzchniową odznaczają się fosfolipidy

14 Fizykochemiczna charakterystyka lipidów (aktywność powierzchniowa) Aktywność powierzchniowa lipidów wynika ze zdolności absorbowania się na powierzchni cieczy Czynność powierzchniowa lipidów obniża napięcie powierzchniowe cieczy Najwyższą aktywnością powierzchniową odznaczają się fosfolipidy Amfofilowość decyduje o właściwościach biologicznych lipidów, które występują przede wszystkim w składzie błon biologicznych

15 Lipidy jako składniki błon biologicznych Lipidy - funkcje biologiczne Środowisko wodne (np. cytoplazma, płyn śródtkankowy i in.) Środowisko wodne Podwójna błona lipidowa jest stabilnym termodynamicznie układem stanowiącym barierę dla większości substancji wymienianych między oddzielonymi błoną przedziałami

16 Współczynniki dyfuzji (D) [cm 2 /s] i czasy dyfuzji (t) przez podwójną błonę lipidową o grubości 5nm oraz przez taką samą warstwę wody Substancja dyfundująca D lipid t lipid D woda t lwoda t lipid /t lwoda Woda 5 x ,5 ms ns 3,8 x 10 4 Nieelektrolity o małych cząsteczkach 5 x ,5 s ns 3,8 x 10 7 Glukoza 5 x s ns 3,8 x 10 9 Jony 5 x godz ns 3,8 x 10 12

17 Lipidy - funkcje biologiczne Ze względu na napięcia powstające na błonach biologicznych (na skutek różnego stężenia jonów po obu ich stronach) szczególnie ważne są takie właściwości lipidów, jak: -wysoki opór właściwy ( m), -Wysoka wytrzymałość elektryczna ( V/m)

18 Lipidy występujące najczęściej w błonach biologicznych: Fosfolipidy (uniwersalny składnik błon), Fosfolipidy (uniwersalny składnik błon),

19 Lipidy występujące najczęściej w błonach biologicznych: Fosfolipidy (uniwersalny składnik błon), Fosfolipidy (uniwersalny składnik błon), Glikolipidy (w chloroplastach), Glikolipidy (w chloroplastach),

20 Lipidy występujące najczęściej w błonach biologicznych: Fosfolipidy (uniwersalny składnik błon), Fosfolipidy (uniwersalny składnik błon), Glikolipidy (w chloroplastach), Glikolipidy (w chloroplastach), Cholesterol (w komórkach Eucariota), Cholesterol (w komórkach Eucariota),

21 Lipidy występujące najczęściej w błonach biologicznych: Fosfolipidy (uniwersalny składnik błon), Fosfolipidy (uniwersalny składnik błon), Glikolipidy (w chloroplastach), Glikolipidy (w chloroplastach), Cholesterol (w komórkach Eucariota), Cholesterol (w komórkach Eucariota), Karotenoidy (w chloroplastach, w komórkach siatkówki oka). Karotenoidy (w chloroplastach, w komórkach siatkówki oka).

22 Monomolekularne warstwy powierzchniowe – sposoby otrzymywania 1. Adsorbcja substancji powierzchniowo czynnych na granicy międzyfazowej (dotyczy substancji absorbujący się na powierzchni wody, tj. wyższe alkohole, kwasy tłuszczowe, fosfolipidy)

23 Monomolekularne warstwy powierzchniowe – sposoby otrzymywania 1. Adsorbcja substancji powierzchniowo czynnych na granicy międzyfazowej (dotyczy substancji absorbujący się na powierzchni wody, tj. wyższe alkohole, kwasy tłuszczowe, fosfolipidy) 2. Naniesienie kropli roztworu lipidu w lotnym rozpuszczalniku na powierzchnię wody

24 Adsorbcja substancji powierzchniowo czynnych na granicy międzyfazowej Gaz Obszar przejściowy Ciecz Gaz Ciecz Faza 1 Faza 2 Powierzchnia międzyfazowa AB Układ dwufazowy: A – rzeczywisty, B - wyidealizowany

25 Definicja termodynamiki Matematyczny opis ciepła i jego związku z energią mechaniczną i innymi formami pracy. W układach chemicznych umożliwia określenie możliwości przeprowadzenia reakcji, jej kierunek i położenie stanu równowagi Matematyczny opis ciepła i jego związku z energią mechaniczną i innymi formami pracy. W układach chemicznych umożliwia określenie możliwości przeprowadzenia reakcji, jej kierunek i położenie stanu równowagi

26 Podstawowe wielkości termodynamiki Energia wewnętrzna (U) – suma całej energii kinetycznej i potencjalnej układu. Energia wewnętrzna (U) – suma całej energii kinetycznej i potencjalnej układu. Funkcja stanu – wielkość termodynamiczna zależna jedynie od stanu w jakim znajduje się układ a nie od sposobu w jaki ten stan został osiągnięty. Funkcja stanu – wielkość termodynamiczna zależna jedynie od stanu w jakim znajduje się układ a nie od sposobu w jaki ten stan został osiągnięty. Funkcja zależna od drogi – wielkość, której wartość zależy od drogi przemiany od stanu początkowego do końcowego Funkcja zależna od drogi – wielkość, której wartość zależy od drogi przemiany od stanu początkowego do końcowego

27 Rodzaje układów termodynamicznych: Rodzaje układów termodynamicznych: - otwarty, - zamknięty, - izolowany. Pierwsza zasada termodynamiki – Energia układu izolowanego jest stała. W układzie otwartym energia może być wymieniana z otoczeniem tylko na sposób pracy lub ciepła Pierwsza zasada termodynamiki – Energia układu izolowanego jest stała. W układzie otwartym energia może być wymieniana z otoczeniem tylko na sposób pracy lub ciepła Podstawowe wielkości termodynamiki c.d.

28 Praca – energia w postaci uporządkowanego ruchu. Najbardziej powszechne jej rodzaje to: Praca – energia w postaci uporządkowanego ruchu. Najbardziej powszechne jej rodzaje to: - praca zwiększania objętości przeciwko ciśnieniu, - praca elektryczna. Entalpia – energia stanu zdefiniowana zależnością Entalpia – energia stanu zdefiniowana zależnością Podstawowe wielkości termodynamiki c.d.

29 Entropia (S) – w ujęciu termodynamicznym funkcja stanu określona zależnością Entropia (S) – w ujęciu termodynamicznym funkcja stanu określona zależnością lub dla procesów nieodwracalnych w ujęciu statystycznym miara nieuporządkowania układu gdzie W jest liczbą możliwych konfiguracji układu Podstawowe wielkości termodynamiki c.d.

30 Przykłady odpowiadających sobie układów o niskiej i wysokiej entropii Niska entropia Wysoka entropia Lód w temperaturze 273K Woda w temperaturze 273K Diament w temperaturze 0 K Opary węgla w temperaturze K Cząsteczka białka o regularnej, natywnej strukturze Ta sama cząsteczka w postaci rozwiniętej, przypadkowej wstęgi Sonet Szekspira Przypadkowy ciąg liter Biurko kierownika banku Biurko profesora

31 Podstawowe wielkości termodynamiki c.d. Druga zasada termodynamiki – entropia układu izolowanego zwiększa się w przypadku procesów nieodwracalnych lub pozostaje stała w przypadku procesów odwracalnych. Entropia układu izolowanego nigdy nie maleje. Druga zasada termodynamiki – entropia układu izolowanego zwiększa się w przypadku procesów nieodwracalnych lub pozostaje stała w przypadku procesów odwracalnych. Entropia układu izolowanego nigdy nie maleje. Proces samorzutny – proces wykazujący dążność do zachodzenia bez konieczności wykonania pracy w układzie Proces samorzutny – proces wykazujący dążność do zachodzenia bez konieczności wykonania pracy w układzie Proces niesamorzutny – wymagający dostarczenia energii na sposób pracy Proces niesamorzutny – wymagający dostarczenia energii na sposób pracy

32 Podstawowe wielkości termodynamiki c.d. Trzecia zasada termodynamiki – Entropia doskonałego kryształu w temperaturze 0 K (zera bezwzględnego) wynosi zero Trzecia zasada termodynamiki – Entropia doskonałego kryształu w temperaturze 0 K (zera bezwzględnego) wynosi zero Entalpia swobodna (energia Gibbsa) (G) Entalpia swobodna (energia Gibbsa) (G) Energia swobodna (energia Holmholtza) Energia swobodna (energia Holmholtza) Energia swobodna i entalpia swobodna – funkcje stanu, których wartości bezwzględne są niemiarzalne

33 Elementy termodynamiki powierzchni międzyfazowej: warunki równowagi układu dwufazowego UFG STp V i n i s U – energia wewnętrzna, F – energia swobodna, G – energia swobodna Gibbsa, S – entropia, T – temperatura, p – ciśnienie, V – objętość, i – potencjał chemiczny i-tego składnika, n i – liczba moli i-tego składnika, - napięcie powierzchniowe, s – pole powierzchni międzyfazowej

34 gdzie: (), (), ( s ) – odnoszą się odpowiednio do gazu, cieczy i powierzchni międzyfazowej, i - gęstość i-tego składnika (w molach/m 3 ) odpowiednio w fazie gazowej i ciekłej. Elementy termodynamiki powierzchni międzyfazowej: warunki równowagi układu dwufazowego c.d.

35 Elementy termodynamiki powierzchni międzyfazowej: warunki równowagi powierzchni cieczy

36 Elementy termodynamiki powierzchni międzyfazowej: dwuskładnikowy model uproszczony (rozpuszczalnik+substancja rozpuszczona) Przy założeniu, że liczba moli rozpuszczalnika na powierzchni granicznej, co jest równoznaczne ze spełnieniem równości: można otrzymać wzór na izotermę Gibbsa: lub przy założeniu, że

37 Elementy termodynamiki powierzchni międzyfazowej: wnioski Substancje zmniejszające napięcie powierzchniowe rozpuszczalnika, gromadzą się na powierzchni międzyfazowej

38 Elementy termodynamiki powierzchni międzyfazowej: wnioski Substancje zmniejszające napięcie powierzchniowe rozpuszczalnika, gromadzą się na powierzchni międzyfazowej Wyższe alkohole, kwasy tłuszczowe i fosfolipidy, jako substancje silnie zmniejszające napięcie powierzchniowe wody, gromadzą się na jej powierzchni

39 Naniesienie kropli roztwory lipidu w lotnym rozpuszczalniku na powierzchnię wody Warunki jakie musi spełniać rozpuszczalnik: Lipid musi się w nim dobrze rozpuszczać

40 Naniesienie kropli roztwory lipidu w lotnym rozpuszczalniku na powierzchnię wody Warunki jakie musi spełniać rozpuszczalnik: Lipid musi się w nim dobrze rozpuszczać Musi doskonale rozpływać się po powierzchni wody

41 Naniesienie kropli roztwory lipidu w lotnym rozpuszczalniku na powierzchnię wody Kropla cieczy spoczywająca na powierzchni ciała stałego: a – napięcie powierzchniowe ciała stałego, b – napięcie powierzchniowe cieczy, ab – napięcie międzyfazowe, - kąt graniczny a b b a ab

42 Naniesienie kropli roztwory lipidu w lotnym rozpuszczalniku na powierzchnię wody a b Jeżeli następuje dokładne zwilżanie ciała a przez ciało b, kąt nie ma żadnej określonej wartości

43 Wielkości charakteryzujące lipidową błonę powierzchniową (dane podstawowe) Powierzchnia przypadająca na jedną cząsteczkę (obliczana jako iloraz całkowitej powierzchni błony i liczby cząsteczek) Powierzchnia przypadająca na jedną cząsteczkę (obliczana jako iloraz całkowitej powierzchni błony i liczby cząsteczek) Ciśnienie powierzchniowe Ciśnienie powierzchniowe

44 Izotermy błon powierzchniowych Izotermy błon powierzchniowych Wielkości charakteryzujące lipidową błonę powierzchniową (izotermy błon powierzchniowych) A II III B ,03 0,02 0,01 E D C B V IV III II VI V V A [nm 2 /cząsteczkę] [N/m] I

45 Wielkości charakteryzujące lipidową błonę powierzchniową (rodzaje błon w zależności od analogii ze stanami skupienia ciał trójwymiarowych) I. Błonka gazowa: A>4nm 2. Odpowiada gazowi dwuwymiaro- wemu, spełniając równanie:, gdzie k – stała Boltzmana, T – temperatura absolutna,, gdzie k – stała Boltzmana, T – temperatura absolutna, lub (dla błon elektrycznie obojętnych) Przy odpowiednio dużych powierzchniach właściwych

46 Izotermy błon powierzchniowych Izotermy błon powierzchniowych Wielkości charakteryzujące lipidową błonę powierzchniową (izotermy błon powierzchniowych) A II III B ,03 0,02 0,01 E D C B V IV III II VI V V A [nm 2 /cząsteczkę] [N/m] I

47 Wielkości charakteryzujące lipidową błonę powierzchniową (rodzaje błon w zależności od analogii ze stanami skupienia ciał trójwymiarowych c.d.) II. Przejście fazowe do stanu ciekłej błonki rozciągniętej ( =1-3 x 10-4N/m; A<4nm2). - V utrzymuje wartość stałą. - Błona jest niejednorodna (złożona z pary nasyconej i błony rozciągniętej pozostających w stanie równowagi dynamicznej), - Błona jest niejednorodna (złożona z pary nasyconej i błony rozciągniętej pozostających w stanie równowagi dynamicznej), - cząsteczki orientuję się równolegle do powierzchni wody

48 Izotermy błon powierzchniowych Izotermy błon powierzchniowych Wielkości charakteryzujące lipidową błonę powierzchniową (izotermy błon powierzchniowych) A II III B ,03 0,02 0,01 E D C B V IV III II VI V V A [nm 2 /cząsteczkę] [N/m] I

49 Wielkości charakteryzujące lipidową błonę powierzchniową (rodzaje błon w zależności od analogii ze stanami skupienia ciał trójwymiarowych c.d.) III. Błona ciekła rozciągnięta

50 Izotermy błon powierzchniowych Izotermy błon powierzchniowych Wielkości charakteryzujące lipidową błonę powierzchniową (izotermy błon powierzchniowych) A II III B ,03 0,02 0,01 E D C B V IV III II VI V V A [nm 2 /cząsteczkę] [N/m] I

51 Wielkości charakteryzujące lipidową błonę powierzchniową (rodzaje błon w zależności od analogii ze stanami skupienia ciał trójwymiarowych c.d.) III. Błona ciekła rozciągnięta IV. Przejście od ciekłej błony rozciągniętej do skondensowanej W obszarze III i IV powierzchnia właściwa cząsteczki jest większa od jej przekroju poprzecznego.

52 Izotermy błon powierzchniowych Izotermy błon powierzchniowych Wielkości charakteryzujące lipidową błonę powierzchniową (izotermy błon powierzchniowych) A II III B ,03 0,02 0,01 E D C B V IV III II VI V V A [nm 2 /cząsteczkę] [N/m] I

53 Wielkości charakteryzujące lipidową błonę powierzchniową (rodzaje błon w zależności od analogii ze stanami skupienia ciał trójwymiarowych c.d.) III. Błona ciekła rozciągnięta IV. Przejście od ciekłej błony rozciągniętej do skondensowanej W obszarze III i IV powierzchnia właściwa cząsteczki jest większa od jej przekroju poprzecznego. V i VI. Stany skondensowane - powierzchnia właściwa zbliżona do przekroju poprzecznego cząsteczki, - cząsteczki orientują się prostopadle do powierzchni wody

54 Wielkości charakteryzujące lipidową błonę powierzchniową (potencjał powierzchniowy) Potencjał powierzchniowy błonki gdzie: V 1 – różnica potencjałów między cieczą a powietrzem, a V 2 – różnica potencjałów między cieczą pokrytą warstwą monomolekularną a powietrzem,

55 Wielkości charakteryzujące lipidową błonę powierzchniową (potencjał powierzchniowy c.d.) Zakładając, że powierzchnia błonki stanowi kondensator płaski gdzie: Q – ładunek na okładce kondensatora, S – powierzchnia okładek, c – odległość między okładkami, P - moment dipolowy powierzchni S, A – powierzchnia przypadająca na 1 cząsteczkę lipidu, - składowa momentu dipolowego cząsteczki lipidu prostopadła do cząsteczki międzyfazowej, - przenikalność dielektryczna przy powierzchni, 0 – przenikalność dielektryczna próżni

56 Wielkości charakteryzujące lipidową błonę powierzchniową (potencjał powierzchniowy c.d.) Zakładając, że = 1, otrzymujemy momentu dipolowego cząsteczki lipidu prostopadła do cząsteczki międzyfazowej Uwaga: Otrzymane z powyższych równań dane o potencjale powierzchniowymmają charakter przybliżony i mogą być stosowane przy planowaniu doświadczeń

57 Zastosowanie błon monomolekularnych w badaniach biologicznych Opublikowanie danych umożliwiających opracowanie hipotezy o budowie błony komórkowej, głoszącej że składa się ona z dwóch warstw lipidowych (Gorter i Grendel; ), Opublikowanie danych umożliwiających opracowanie hipotezy o budowie błony komórkowej, głoszącej że składa się ona z dwóch warstw lipidowych (Gorter i Grendel; ),

58 Zastosowanie błon monomolekularnych w badaniach biologicznych Opublikowanie danych umożliwiających opracowanie hipotezy o budowie błony komórkowej, głoszącej że składa się ona z dwóch warstw lipidowych (Gorter i Grendel; ), Opublikowanie danych umożliwiających opracowanie hipotezy o budowie błony komórkowej, głoszącej że składa się ona z dwóch warstw lipidowych (Gorter i Grendel; ), Odkrycie mechanizmu działania antybiotyków polienowych (np. filipina, nystatyna, amfoterycyna B) polegającego na częściowym pozbawieniu błony komórkowej właściwości bariery dyfuzyjnej, na skutek reakcji z cholesterolem obecnym w błonie. Antybiotyki te nie działają na bakterie w związku z brakiem w ich błonach cholesterolu, Odkrycie mechanizmu działania antybiotyków polienowych (np. filipina, nystatyna, amfoterycyna B) polegającego na częściowym pozbawieniu błony komórkowej właściwości bariery dyfuzyjnej, na skutek reakcji z cholesterolem obecnym w błonie. Antybiotyki te nie działają na bakterie w związku z brakiem w ich błonach cholesterolu,

59 Zastosowanie błon monomolekularnych w badaniach biologicznych Opublikowanie danych umożliwiających opracowanie hipotezy o budowie błony komórkowej, głoszącej że składa się ona z dwóch warstw lipidowych (Gorter i Grendel; ), Opublikowanie danych umożliwiających opracowanie hipotezy o budowie błony komórkowej, głoszącej że składa się ona z dwóch warstw lipidowych (Gorter i Grendel; ), Odkrycie mechanizmu działania antybiotyków polienowych (np. filipina, nystatyna, amfoterycyna B) polegającego na częściowym pozbawieniu błony komórkowej właściwości bariery dyfuzyjnej, na skutek reakcji z cholesterolem obecnym w błonie. Antybiotyki te nie działają na bakterie w związku z brakiem w ich błonach cholesterolu, Odkrycie mechanizmu działania antybiotyków polienowych (np. filipina, nystatyna, amfoterycyna B) polegającego na częściowym pozbawieniu błony komórkowej właściwości bariery dyfuzyjnej, na skutek reakcji z cholesterolem obecnym w błonie. Antybiotyki te nie działają na bakterie w związku z brakiem w ich błonach cholesterolu, Analiza wpływu zorientowania cząsteczek na ich zachowanie się i właściwości (tj. aktywność chemiczna, właściwości optyczne i in.) Analiza wpływu zorientowania cząsteczek na ich zachowanie się i właściwości (tj. aktywność chemiczna, właściwości optyczne i in.)

60 Bimolekularne błony lipidowe Model bimolekularnej (dwuwarstwowej, czarnej) błony lipidowej jako fazy lipidowej błon biologicznych opracowany został na początku lat 60- tych przez Muellera, Rudina i Tiena.

61 Bimolekularne błony lipidowe – sposoby otrzymywania ACB

62 Bimolekularne błony lipidowe – sposoby otrzymywania c.d. A.Uzyskiwanie błony sferycznej B.Złożenie dwóch błon utworzonych na powierzchni cieczy (możliwe jest uzyskiwanie błon niesymetrycznych) C.Naniesienie kropli roztworu lipidu w rozpuszczalniku niepolarnym (np. ciekły węglowodór) na otwór w środkowej ścianie pojemnika wypełnionego wodą lub płynnym elektrolitem (np. 0.1M KCl)

63 Bimolekularne błony lipidowe – sposoby otrzymywania c.d. Lipidy stosowane do wytwarzania błon bimolekularnych lecytyny lecytyny + cholesterol utleniony cholesterol galaktolipidy naturalne ekstrakty

64 Ustalanie grubości bimolekularnej błony lipidowej 1. Pomiar współczynnika odbicia światła od błony IrIr IRIR I0I0

65 Ustalanie grubości bimolekularnej błony lipidowej 1. Pomiar współczynnika odbicia światła od błony c.d. n – współczynnik załamania błony, n 0 – współczynnik załamania roztworu wodnego (n< n 0 ), - grubość błony, - długość fali użytego światła Metoda pozwala na pomiar całkowitej grubości warstwy bimolekularnej (tzn. zarówno jej części hydrofobowej, jak i obu - hydrofilowych

66 Ustalanie grubości bimolekularnej błony lipidowej 2. Pomiar pojemności elektrycznej właściwej RMRM CMCM

67 Ustalanie grubości bimolekularnej błony lipidowej 2. Pomiar pojemności elektrycznej właściwej c.d. Grubość błony oblicza się przyjmując, że stanowi ona kondensator płaski, zakładając, że wartość stałej dielektrycznej wynosi = 2,3 do 2,5 Metoda pozwala na pomiar grubości jedynie hydrofobowego wnętrza błony bimolekularnej

68 Podstawowe parametry błon bimolekularnych utworzonych z najczęściej stosowanych lipidów Lipid C( F/cm 2) R( x cm 2 ) Lecytyna0,38-0,56 6,2 0,2 (a) 4,8 0,1 (b) Distearynian glicerolu 0,39 5,0 0,5 (a) 4,5 1,0 (b) Utleniony cholesterol 0,57 4,0 1,0 (a) (a)– pomiar optyczny (b)- pomiar na podstawie pojemności elektrycznej

69 Znaczenie biologiczne błon bimolekularnych 1.Modelowanie zjawisk transportu (głównie elektrolitów) przez błony biologiczne Modyfikatory przewodnictwa jonowego błon lipidowych: a)substancje funkcjonujące wewnątrz błony jako przenośniki jonów. Należą tu niektóre antybiotyki, tj. walinomycyna, nonaktyna, eniatyna i ich pochodne. Tworzą z docierającymi do powierzchni błony kationami kompleksy, które dyfundują w poprzek błony zgodnie z przyłożonym napięciem. Po osiągnięciu drugiej strony błony kompleks rozpada się, a kation przechodzi do fazy wodnej. Oznaczają się selektywnością związaną z różnymi wartościami K dla reakcji tworzenia kompleksów z różnymi jonami.

70 Znaczenie biologiczne błon bimolekularnych 1.Modelowanie zjawisk transportu (głównie elektrolitów) przez błony biologiczne c.d. Modyfikatory przewodnictwa jonowego błon lipidowych: b) substancje tworzące w błonie komórkowej pory zwane kanałami jonowymi. Do grupy tej należą np. gramicydy, alametycyna, monazomycyna, nystatina, hemocyjanina i in. Tworzone przez nie kanały jonowe odznaczają się brakiem ciągłości w czasie. Ich częstość i czas trwania zmniejsza się wraz ze wzrostem grubości błony. Selektywność jest znacznie mniejsza niż w przypadku przenośników.

71 Znaczenie biologiczne błon bimolekularnych 2. Modelowanie błon fotosyntetycznych a) transport elektronów przez błonę pod wpływem światła (fotoprzewodnictwo). Światło powoduje wzbudzenie optyczne cząsteczek chlorofilu, co prowadzi do reakcji redox po obu stronach błony, połączonej z transportem elektronów. Metoda ta umożliwia ponadto pomiary fotoprądu generowanego przez padające na błonę światło, co pozwoliło na zbadanie udziału poszczególnych barwników w zjawisku fotoprzewodnictwa.

72 Znaczenie biologiczne błon bimolekularnych 2. Modelowanie błon fotosyntetycznych c.d. b)spektroskopia błon lipidowych połączonych z barwnikami fotosyntetycznymi umożliwiła: -ustalenie struktury tych błon, -kierunku wzajemnego oddziaływania na siebie cząsteczek barwników, -ustalenie, że pierścienie porfirynowe chlorofilu zlokalizowane są na powierzchni błony, tworząc z nią kąt 45°

73 LIPOSOMY (mikropęcherzyki lipidowe) -Zamknięte ciągłe powierzchnie złożone z dwóch lub więcej warstw lipidów, -Rozdzielają dwie fazy wodne, -Mają kształt kulisty o średnicy od kilkudziesięciu nm do kilkudziesięciu m. AB A – Liposomy dwuwarstwowe, B – liposomy wielowarstwowe

74 LIPOSOMY (mikropęcherzyki lipidowe) Zalety -Stabilność, -Możliwość precyzyjnego określenia składu oraz ciągłego jego kontrolowania w trakcie eksperymentu, -Duża powierzchnia całkowita, -Możliwość wykorzystania takich metod badawczych jak: elektroforeza, ultrawirowanie, kolorymetria, fluorescencja, spektrofotometria, magnetyczny rezonans jądrowy, elektronowy rezonans spinowy

75 LIPOSOMY (mikropęcherzyki lipidowe) Zastosowanie w badaniach biologicznych -Mechanizm transportu dużych i małych nieelektrolitów przez błony, -Oddziaływania międzycząsteczkowe (np. w układzie lipid-białko, lipid-antybiotyk) -Właściwości i mechanizm działania barwników fotosyntetycznych obecnych w błonach.


Pobierz ppt "Biofizyka lipidów Błony lipidowe jako modele błon biologicznych."

Podobne prezentacje


Reklamy Google