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

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

Zakład Fizyki Makromolekularnej, Wydział Fizyki UAM, ul. Umultowska 85, 61-614 Poznań    Fax: +48 61-829-5245, Email:  zfmak@amu.edu.pl

(C) Opisy i zdjęcia: Zakład Fizyki Makromolekularnej  | Ta stona używa ciasteczek
     Zaktualizowano: podstrony  2017-11-23  / bazę danych:   2017-11-22  by Webmaster: Zbigniew Fojud