Ақпарат

1.2А: Мицеллалар мен қос қабаттар - биология

1.2А: Мицеллалар мен қос қабаттар - биология


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Бірде бір пост-доктор маған биохимия мен иммунологияны түсіну үшін өзін молекуламын деп көрсету керек екенін айтты. Жауапты оқымас бұрын, төмендегі суретке қарап, өзіңізге сұрақ қойыңыз: егер мен суға секіруге дайын бір тізбекті амфифил болсам, не істер едім?

Бір тізбекті амфифил суға секіреді!

Суға қосылған кезде бір тізбекті амфифилдер судың бетінде бір қабатты және мицеллаларды құрайды, ал кейбір мономерлер ерітіндіде қалады. Қос тізбекті амфифилдер мицеллалардың орнына қос қабатты құрайды. (Ескерту: бір және қос тізбекті амфифилдер басқа да көп молекулалы агрегаттық құрылымдарды құра алады, бірақ бұлар ең көп таралған және біз қарастыратындар ғана.)

Сурет: Судағы бір және қос тізбекті амфипилдердің құрылымдары – Мицеллалар және екіқабаттылар


Jmol жаңартылған Micelle Jmol14 (Java) | JSMol (HTML5)

Jmol: Жаңартылған гидратацияланбаған қос қабатты Jmol14 (Java) | JSMol (HTML5)

Мицелла интерьері мүлде полярлы емес. Сулы бөлікті қоршап тұрған сфералық қос қабаттар везикулалар немесе липосомалар деп аталады. Бір және қос тізбекті амфифилдерден түзілген мицеллалар мен қосқабаттылар сәйкесінше ковалентті емес агрегаттарды білдіреді, сондықтан толығымен физикалық процесс арқылы түзіледі. Ковалентті қадамдар қажет емес. Бұл құрылымдардың пайда болуын термодинамикамен қатар тартылған молекулааралық күштерді (ХВҚ) зерттеуден түсінуге болады. Алдымен біз тартылған ХВҚ-ны қарастырамыз. Тартымды күштерді қарастырыңыз. Жерленген ацил тізбектері өзара әрекеттесіп, Лондон күштерімен тұрақтандырылуы мүмкін. Олар судан жиналады. Бұл көзқарас біздің «ұнататын сияқты» аксиомасына сәйкес келеді. Полярлы бас топтарын зарядталған бас топтары мен су арасындағы ионды-дипольдік байланыстар арқылы тұрақтандыруға болады. Сол сияқты су мен бас тобының арасындағы H-байланыстары ашық топтағы топтарды тұрақтандырады. Сондай-ақ итеруші күштер де қатысуы мүмкін. Бас топтар бір-бірін стерикалық факторлар арқылы немесе ұқсас зарядталған бас топтардан ион-ионды итермелей алады. Тартымды күштер осы молекулалық агрегаттарға әкелетін итеруші күштерден үлкен болуы керек. Осы қарапайым түсініктемеде бір мәселе туындайды. Мицелланың немесе қос қабаттың пайда болуы үшін көптеген мономерлер біріктіріліп, бір мицелла немесе везикула түзілуі керек. Бұл мицелла мен везикуланың түзілуі энтропикалық түрде жағымсыз болуы керек дегенді білдіреді!

Мицеллаларды құрайтын қарапайым бір тізбекті амфифилдер - жуғыш заттар (натрий додецил сульфаты - SDS сияқты), сонымен қатар май қышқылдары, олар жуғыш заттар болып табылады. NaOH теріңізде тайғақ сезінеді, өйткені негіз тері липидтеріне эфирленген май қышқылдарын гидролиздейді. Бос май қышқылдары содан кейін жуғыш заттар сияқты әрекет ететін мицеллалар түзу үшін өздігінен біріктіріледі.


Сабаққа дейінгі сұрақтар: Липидтердің құрылымы: B. Судағы липидтер - сұрақ


Зертханада шығарылатын липосомалар бір қабатты болуы мүмкін, ол ішкі сулы бөлікті қоршап тұрған бір қабатты немесе жабық сулы ерітіндіні қоршайтын көп қабатты көп қабатты. Көпқабатты көпіршіктердің бірнеше қабаттары бар пиязға ұқсайтынын бейнелеуге болады. Бір қабатты және көп қабатты липосомалардың мультфильмдері төменде көрсетілген, онда әрбір концентрлі шеңбер екі қабатты білдіреді.

Липосомалардың диаметрі әр түрлі болады. Оларды әдетте шағын (S, диаметрі < 25 нм), аралық (I, диаметрі 100 нм шамасында) және үлкен (L, диаметрі 250-1000 нм) деп бөлуге болады. Егер бұл көпіршіктер бір қабатты болса, олар сәйкесінше SUV, IUV және LUV деп қысқартылады. Басқа биологиялық құрылымдармен салыстырғанда олардың әр түрлі өлшемдері төменде көрсетілген. Бұл зертханада біз LUV жасаймыз және сипаттаймыз.

Липосомалардың химиялық құрамы әр түрлі болуы мүмкін. Олардың көпшілігінде фосфатидил холин (ПК), фосфатидил этаноламин (ПЭ) немесе сфингомиелин (СМ) сияқты бейтарап фосфолипидтер бар, олар қажет болған жағдайда теріс зарядталған фосфолипидтермен, мысалы фосфатидил серин (ПС) және фосфатидил глицерин (ПГ) қосылады. Сонымен қатар, холестерин (С) мен жуғыш заттар сияқты бір тізбекті амфифилдерді қос қабатты сұйықтық пен өтпелі температураны (Тм) модуляциялайтын қос қабатты мембранаға қосуға болады. Егер концентрация өте жоғары болса, жуғыш заттар сияқты бір тізбекті амфифилдер мембрананы бұзуы мүмкін, сондықтан қос тізбекті амфифилдер жуғыш мицеллаларға қосылады, қазір аралас мицеллалар деп аталады, бұл процесте мембрана қос қабатын тиімді түрде бұзады.

Зертханада (оны қабылдағандар үшін) жаңа жұмыртқаның сарысынан тек табиғи ДК бар липосомалар жасайсыз. Есіңізде болсын, табиғи түрде кездесетін фосфолипидтердегі екі май қышқылының ұзындығы мен қанықпау дәрежесі бірнеше болуы мүмкін. Жұмыртқа сарысы PC (орташа молекулалық массасы = 750) май қышқылдарының орташа құрамы Liposomes алынған төмендегі кестеде көрсетілген: практикалық тәсіл, редакциялаған R.R.C. Жаңа.

Кесте 1
Май қышқылы%С1-дегі май қышқылыС2 май қышқылының мөлшері
16:068.81.8
18:025.81.2
18:14.748.9
18:20.211.1
18:30.5-
20:4-2.1
20:5-7.1
22:5-2.6
22:6-25.2
  • Аванти полярлық липидтері (біз жұмыртқа компьютерін аламыз): Әр түрлі ұлпаларға арналған май қышқылдарының таралуы

С2 -де қанықпаудың үлкен дәрежесін ескере отырып, тек жұмыртқаның сарысы ДК -ден тұратын липосоманың ауысу температурасы қандай болады деп ойлайсыз? (Сүтқоректілер көздерінен қаныққан ДК көмегімен жасалған весикулалар (T_m) шамамен 40ºC болады.) Бұл қанықпаудың жоғары дәрежесі жұмыртқаның сарысы ДК-ны тотығуға өте сезімтал етеді, бұл липосоманың қасиеттерін күрт өзгертуі мүмкін. Қаныққан май қышқылдарынан жасалған синтетикалық дербес компьютер бұл мәселені шешуі мүмкін.

Липосомалардың қасиеттері (зарядтардың тығыздығы, мембрананың өтімділігі мен өткізгіштігі) везикуланың липидті құрамымен және мөлшерімен анықталады. Қажетті қасиеттер, өз кезегінде, белгілі бір липосоманы пайдалану арқылы анықталады. Көпіршіктер табиғи мембраналардың биохимиясы мен биофизикасын зерттеуге арналған керемет, қарапайым модельдерді ұсынады. Шындығында, мембраналық ақуыздарды сіз қолданатын әдісті қолдана отырып липосомалық қос қабатқа қосуға болады. Бірақ бұл мақсаттардан басқа, липосомаларды нуклеин қышқылдары, белоктар мен улы препараттар сияқты суда еритін молекулаларды капсулалау үшін қолдануға болады. Бұл липосомалар арнайы жасушаларға бағытталуы мүмкін, егер антиденелер немесе мақсатты жасушамен арнайы байланысатын басқа молекулалар везикуланың қос қабатына қосыла алса. Интралипосомалық материалды жасушаға везикуланың жасушамен бірігуімен немесе везикуланың эндоцитозымен жіберуге болады.


Химия саласындағы шекаралар

Редактор мен рецензенттердің серіктестіктері олардың Loop зерттеу профильдерінде берілген ең соңғы болып табылады және шолу кезінде олардың жағдайын көрсетпеуі мүмкін.



БӨЛІСІҢІЗ

Циклотидтер-бұл керемет тұрақтылықтан, жүйеліліктің алуан түрлілігінен және биоактивтіліктің ауқымынан туындайтын потенциалды емдік әсері бар өсімдік тектес ақуыздар тобы. Олардың мембраналық байланыстырушы белсенділігі олардың әсер ету механизмінің маңызды құрамдас бөлігі болып саналады. Изотермиялық титрлеу калориметриясын қолдана отырып, біз калата В1 мен калатаның В2 прототиптік циклотидтерінің (және әр түрлі мутанттардың) додецилфосфолин мицеллаларына және құрамында фосфоэтаноламині бар липидті қос қабаттарға қосылуын зерттедік. Байланыстыру негізінен энтропияға негізделген процесс болғанымен, гидрофобты күштер циклотид-липидті комплексті түзуге елеулі үлес қосады деп болжайды, сонымен қатар фосфоэтаноламин-липидтер тобына спецификалық байланыс қажет, бұл байланыстың бос энергиясының энтальпиялық өзгеруінен көрінеді. Сонымен қатар, дисперативті кварцтық кристалды микробалансты өлшеу мен нейтронды рефлексометрияның комбинациясын қолдана отырып, біз циклотидтердің екі қабатты мембраналармен әрекеттесу процесін анықтадық. Бастапқыда циклотидтердің аз бөлігі мембрана бетіне жабысады, содан кейін алдымен сыртқы мембраналық параққа енгізіледі, содан кейін мембрана арқылы еніп, тесік пайда болады. Циклотидтердің жоғары концентрациясында мембраналардың тұрақсыздығы пайда болады. Біздің нәтижелеріміз циклотидтердің биобелсенділіктерін қалай көрсететіні туралы маңызды механикалық түсінік береді.

Бұл жұмысты DP0984390 гранты Австралиялық зерттеу кеңесі ішінара қолдады. Саяхат нейтрондық рефлексометрияға арналған 04/08-N-40 грантының Австралиялық ядролық ғылым және технология ұйымының қолдауымен болды.

Бұл жұмысқа екі автор да бірдей үлес қосты.

Ұлттық денсаулық сақтау және медициналық зерттеулер кеңесі ерте мансап стипендиаты.

Қазіргі мекен-жайы: Еуропалық Spallation Source ESS AB, P.O. 176 -қорап, SE 22100 Лунд, Швеция.


С гепатиті вирусының құрылымдық емес ақуыз 5А мембраналық анкерлік доменінің құрылымы мен қызметі

С гепатиті вирусы (HCV) құрылымдық емес ақуыз 5A (NS5A) - мембранамен байланысты, вирустық репликация кешенінің маңызды құрамдас бөлігі. Мұнда біз NMR спектроскопиясымен анықталғандай NS5A мембраналық якорь доменінің үш өлшемді құрылымы туралы хабарлайды. Әртүрлі мембраналық миметикалық орталардың қатысуымен аминқышқылдарының 5-тен 25-ке дейінгі қалдықтарынан таралатын альфа-спираль байқалды. Бұл спираль гидрофобты, жуғыш зат мицеллаларына ендірілген Трприх жағын көрсетті, ал полярлы, зарядталған жағы еріткішке ұшырады. Осылайша, NS5A мембраналық анкерлік домен мембраналық қос қабаттың цитозолдық парағына енгізілген жазықтықтағы амфипатикалық альфа-спиралды құрайды. Бір қызығы, спиральдың цитозолдық бетінде орналасқан толық сақталған қалдықтардың орналасуына әсер ететін мутациялар NS5A мембраналық ассоциациясына кедергі келтірмей HCV РНҚ репликациясын бұзады. Қорытындылай келе, NS5A мембраналық якорь домені HCV репликациясының кешенін құрастыру үшін қажет болатын ерекше өзара әрекеттесуге қатысатын және вирусқа қарсы араласудың жаңа нысаны болуы мүмкін бірегей платформаны құрайды.

Авторлық құқық 2004 Американдық биохимия және молекулалық биология қоғамы, Inc.


Материалдар мен тәсілдер

Материалдар

Зерттелген НР дайындау үшін қолданылатын липидтер-Avanti Polar Lipids (Alabaster, AL) хлороформ ерітінділері ретінде сатып алынған DOTAP, DOPC және DOPE-PEG2000 (мұнда PEG2K-липид деп аталады). Флуоресценциялық тәжірибелер үшін липосомалар 0,2 масса% Техас Ред® - 1,2-дигексадеконоил-мен дайындалды. sn-глицеро-3-фосфоэтаноламин, триэтиламмоний тұзы (Texas Red ® DHPE, қоздыру/эмиссия 595/615 нм) Invitrogen (Карлсбад, Калифорния). ДНҚ-ның төрт түрі нанобөлшектерді UltraPure лосось сперматозоидты ДНҚ ерітіндісін (S-DNA) (Invitrogen (Carlsbad, CA)), Lambda Phage DNA (λ-DNA) (Thermo Scientific (Waltham, MA)), pGL3 қалыптастыру үшін қолданылды. Qiagen Plasmid Plus Mega Kit (Венло, Лимбург) және 11 bp ДНҚ (Sigma-Genosys (Sigma-Aldrich (St.)) бір тізбектер ретінде сатып алынған) арқылы таралатын Luciferase Reporter плазмидті ДНҚ (pGL3) (Promega (Фитчбург, Висконсин)). Луис, MI) және лиофилденген пленка түрінде жеткізілді). Қосымша жалғыз жіптер эквимолярлық қатынаста араластырылды, 10 мг/мл соңғы концентрацияға дейін сұйылтылды, су моншасында қыздырылды және 15 минут бойы 90 º000b0C температурада ұсталды. толық будандастыруға мүмкіндік беру үшін бөлме температурасына дейін салқындатылады.Флуоресценциялық зерттеулер үшін ДНҚ өндірушінің хаттамасына сәйкес YOYO-1 (Invitrogen (Carlsbad, CA)) арқылы белгіленді.

Липосомалар дайындау

Липосомалар шыны флакондардағы молярлық қатынаста хлороформ ерітінділерінде липидтерді араластыру арқылы дайындалды. Содан кейін еріткіш азот ағынының көмегімен буландырылды, содан кейін вакуумды 12 сағатқа созылды. Құрғақ липидті пленкаға жоғары қарсылықты (18.2 M Ω ·m 𢄡) сәйкес мөлшерде су қосылды және 37 ଌ температурада бір түнде инкубацияланды. Содан кейін липосомалық ерітінділер ұсақ sonicator көмегімен ультрадыбыспен ұсақ қабықсыз көпіршіктерді шығарады.

Крио электронды микроскопия

Үлгілер 3 мг/мл немесе 30 мг/мл соңғы концентрацияда липидті және ДНҚ ерітінділерін араластыру және CL𠄽NA ерітіндісін 20 минут инкубациялау арқылы дайындалды. Барлық крио-ЭМ үлгілері 50 мМ NaCl-де түзілген 2А суреті мен 3А суретін қоспағанда, жоғары қарсылықты суда түзілді. Содан кейін, жаңа плазмалық тазартылған (Solarus плазмалық тазартқышы (Gatan Inc. (Pleasanton, CA) 25% O2, 75% Ar қоспасы) 400 торлы торлы Cflat торына сүзгі қағазымен боялған 3 µL үлгі суспензиясы қосылды. 9 секунд ішінде және Vitrobot (FEI Co. (Hillsboro, OR)) көмегімен сұйық этанда бірден шыныдан тазартылды.Торлар бейнелеу үшін электронды микроскопқа жіберілгенге дейін сұйық азот астында сақталды.Шыны тәрізді мұз торлары крио көмегімен электронды микроскопқа ауыстырылды. -торларды � ଌ температурасында ұстайтын сахна. Кескіндер Gatan 4k x 4k CCD камерасымен (Gatan Inc. (Pleasanton, CA)) Leginon бағдарламалық қамтамасыз ету жүйесін қолдана отырып. 46 Жоғары үлкейту кескіндері 0,22 нм номиналды бейнелеу шарттарының пиксель өлшемі көмегімен алынды.

2,5 µm және электрон дозасы

20 e − /Å 2. ImageJ көмегімен Фурье түрлендірулері мен азимуттық интеграциялар жасалды.

Шамадан тыс зарядталған CL 𠄽NA NP липосомалармен және жіп тәрізді мицеллалармен бірге өмір сүреді ρchg > 1 (катиондық липидтің анионды ДНҚ -ға зарядтық молярлық қатынасы) (A, B) CL 𠄽NA NP крио-EM микрографы 80/15/5 DOTAP/DOPC/PEG2K-липидінің молярлық арақатынасында түзілген ρchg S-ДНҚ-мен = 3. (A) үлгісі 30 мг/мл мөлшерінде дайындалды, бұл әдетте шағын бұрыштық рентгендік эксперименттерде қолданылатын концентрация. (A) үлгісі түйіршікті қалыптастыру үшін кеңінен центрифугирленген, қайта суспензияланған және бейнеленген, бірақ 200 нм-ге дейінгі дәл анықталған NP көрсетеді. ρ кезіндеchg= 3, CL𠄽NA NPs (қатты көрсеткілер), катиондық липосомалар (үзік көрсеткілер) және ұсақ, тармақталған, жіп тәрізді мицеллалар (нүктелік көрсеткілер) тепе-теңдікте қатар өмір сүреді. Кейбір жіп тәрізді мицеллалар CL 𠄽NA NPs (қызыл көрсеткілер) шығыңқы болып көрінеді. (B) үлгісі 3 мг/мл мөлшерінде дайындалды. (C) ρ кезінде дайындалған үлгіchg = 10 және 3 мг/мл (липидті молярлық қатынас 80/15/5 DOTAP/DOPC/PEG2K-липидті). Липосомалардың (үзік көрсеткілердің) CL 𠄽NA NPs (қатты көрсеткілер) қатынасы ρ артадыchg күткендей. Ұсақ сфералық мицеллалар да байқалады (нүктелі жебелер). (D) ρ маңындағы әртүрлі моль% PEG2K-липидті қаныққандағы CL𠄽NA NPs zeta потенциалыchg≈ 5. Көлденең және тік сызықша сұр сызықтар ζ = 0 мВ және ρ көрсетедіchg = 1, сәйкесінше. (E) CL𠄽NA NP үшін максималды және минималды зета потенциалының графигі. Бұл потенциал катиондық липидтің моль%-на қатты тәуелді. (F) Тек липосомалардан тұратын бақылау үлгісі (ДНҚ жоқ). Тіпті 5 моль% PEG2K-липидінің өзінде бір қабатты липосомалар (қатты көрсеткі) сфералық мицеллалармен (нүктелі жебелер) қатар жүреді. (Г, Х) Кесілген аймақтар (үзік сызықтар) C, F). Кішкене 5 нм мицеллалар көрінеді (нүктелі жебелер) Лосось ДНҚ көрсетілген барлық нәтижелерде қолданылды.

CL 𠄽NA NPs жоғары концентрацияда жіп тәрізді мицеллалармен қатар өмір сүреді. (A) ρ кезінде құрылған NPchg = 3, DOTAP/DOPC/PEG2K-липидті молярлық қатынаста 80/15/5. лосось ДНҚ -мен. Көміртек тесігінің шетіне жақын жерде CL𠄽NA NPs (қатты көрсеткі), липосомалар (үзік көрсеткі) және мицеллалар (нүктелік көрсеткілер) қатар тұрады. Деформацияланған липосомалар (қызыл көрсеткілер) ілулі су қабығының қалыңдығы липосомалардың диаметрімен салыстыруға болатынын көрсетеді. Бұл барлық объектілердің көлеміне қарай кеңістіктік ұйымдастырылуымен дәлелденеді. Су пленкасының ортасында біркелкі аралығы бар жіп тәрізді мицеллалар көрсетілген. Жіп тәрізді мицеллалардың ұштары айқын көрінеді (сары көрсеткілер). Кейбір аймақтарда 2D реттелген мицеллалар дестелері (қызғылт сары көрсеткілер) сияқты көрінетін нәрсе бар. (B) Екі сақинаны көрсететін (А) қораптағы аймақтың 2D Фурье түрлендіруі. (C) В) Фурье түрлендіруінің радиалды интегралы әлсіз форма факторына қосылған екі құрылымдық фактор шыңдарын көрсетеді. Ең жоғары позициялар q -ға сәйкес келедіқосулы= n(2π/d) мұндағы d = 14,3 нм (екі мицелла центрі арасындағы орташа қашықтық). Көлбеудің q бойынша өзгеруім = 1.672 нм 𢄡 мицеллалардың қалыңдығына сәйкес келетін форма факторының минимумын білдіреді (δм= 3,727 нм).

Жарықтың динамикалық шашырауы

CL𠄽NA кешендері мен нанобөлшектердің (NPs) өлшемі мен зарядының тиімді өлшемдері Malvern Nanosizer ZS (Malvern Worcestershire, Ұлыбритания) көмегімен орындалды. Барлығы 2 µg ДНҚ мен липосоманың тиісті мөлшерін (қажетті липид/ДНҚ заряды қатынасына жету үшін) 1 мл тиісті буферге (суретте көрсетілгендей жоғары қарсылықты су немесе DMEM) араластырып, инкубациялады. бөлме температурасында 20 минут. Содан кейін ерітіндіні кюветтерге ауыстырады, содан кейін өлшейді. Сюжеттер z-орташа диаметрін көрсетеді Dz ретінде анықталады Dz = 〈D 6 〉/ 〈D 5 〉. 47 Zeta потенциалының барлық өлшемдері жоғары қарсылықты суда жүргізілді. Жарықтың динамикалық шашырауы мен дзета потенциалының барлық деректер нүктелері бір үлгіде орындалған екі өлшеудің орташа мәні болып табылады. Қате жолақтары стандартты ауытқуды көрсетеді.

Флуоресцентті микроскопия

Флуоресцентті микроскопияға арналған үлгілер Материалдарда сипатталған бояғыштар көмегімен дайындалды. Жалпы 50 µL үлгісі DLS концентрациясында дайындалды (0.1 µg ДНҚ және қажетті заряд коэффициентіне негізделген липидтің тиісті мөлшері) және осы ерітіндінің 2 µl арасында орналастырылды. шыны қаптамасы мен сырғытпасы және вакуумдық маймен тығыздалған. Шешім Nikon 1.4 NA 60x Plan Apo DIC Objective және Sensicam QE CCD (PCO (Kelheim, неміс)) жабдықталған Nikon Diaphot 300 (Nikon (Токио, Жапония)) көмегімен суретке түсті.


Реферат

Әлсіз бағытталған мицеллалардағы және бағытталған липидті қос қабаттардағы мембраналық ақуыздар үшін өлшенген анизотропты спиндік өзара әрекеттесу құрылымды анықтау үшін тәуелсіз және ықтимал қосымша жоғары ажыратымдылықты шектеулерді қамтамасыз етеді. Мұнда біз CHIF мембраналық ақуызы липидті мицеллалар мен қос қабаттарда ұқсас құрылымды қабылдайтынын көрсетеміз, бұл құрылымдық ақпаратты жақсарту үшін мицелла мен қос қабатты үлгілердегі шектеулерді бір -бірімен толықтыруға мүмкіндік береді. Мицеллаларда анықталған құрылымнан бағдарланған липидті қос қабаттардағы CHIF ЯМР спектрін кері есептеу және тағайындау құрылымды анықтау үшін қосымша шектеулерді, сонымен қатар мембранадағы ақуыздың ғаламдық бағдарын қамтамасыз етеді. Ерітінді мен қатты күйдегі ЯМР шектеулерін біріктіріп пайдалану құрылымдық талдау үшін кросс-валидацияны қамтамасыз етеді.

Бірден көп авторы бар мақалаларда жұлдызша қағазға қатысты сұраулар жіберілетін автордың аты-жөнін көрсетеді.


6. Бицеллалардағы диффузиялық зерттеулер

Молекулалық диффузия, әсіресе трансляциялық диффузия - табиғаттағы ең негізгі тасымалдау процесі. Маңыздысы, липидті қос қабаттардағы броундық қозғалыс сигналдың берілуінен қоректік заттардың жасуша мембраналары арқылы тасымалдануына дейінгі әр түрлі маңызды биологиялық процестерді басқарады, сондықтан әдебиеттің маңызды бөлігі осы тақырыпқа арналған. Көптеген биологиялық жүйелердің гетерогенділігіне байланысты липидті мембраналардағы броундық қозғалыс өте күрделі болуы мүмкін, тек бір ғана талғампаздық коэффициенті, яғни бүйірлік диффузия коэффициенті, яғни екі қабатты нормальға перпендикуляр диффузиялық тензордың компоненті. бұл күрделі процесс. Бұл коэффициенттің талғампаздығы оның ақпаратының тереңдігінде, әсіресе диффузия мен оның ортасы арасындағы байланыста. Жасуша мембранасындағы бүйірлік диффузия коэффициенттері шамасына қарай өзгереді: тез таралатын фосфолипидтерден баяу қозғалатын көп спиральді мембраналық ақуыздарға дейін. Өлшемдері липидтермен салыстырылатын түрлер үшін олардың диффузиялық коэффициенттері еркін көлемдік модельге сәйкес келеді, ал үлкен түрлері гидродинамикалық модельге сәйкес таралады. Қазіргі уақытта диффузия коэффициенттерінің көпшілігі фотоағартудан (FRAP) кейін флуоресценцияны қалпына келтіру арқылы алынады, ал бір молекуланы бақылау молекулалардың диффузиясын зерттеу үшін көбірек қолданылады. орнында. Бұл оптикалық әдістер молекулалық диффузия туралы толық ақпарат беруде құнды, бірақ бұл әдістер тек молекулалар флуоресцентті болса ғана жұмыс істейді. Сондықтан мұндай оптикалық қасиеті жоқ және флуоресцентті тегті енгізу мүмкін емес молекулалар үшін балама тәсіл қажет.

ЯМР спектроскопиясы модельдік мембраналық жүйеде диффузиялық коэффициенттерді өлшеудің баламалы құралын ұсынады. Атап айтқанда, Stejskal және Tanner [66] енгізген импульстік өріс градиенті (PFG) NMR техникасы макро-молекулалық жүйелердің кең спектрі үшін диффузия коэффициенттерін анықтай алатын қуатты құралға айналды. PFG ЯМР олардың резонанстары шешілетін болса, әртүрлі түрлерден бірнеше диффузиялық коэффициенттерді жылдам және бір мезгілде анықтауға мүмкіндік береді. Кейіннен ынталандырылған эхо (STE) пайдалану диффузиялық коэффициенттерді өлшеу үшін тиімді болып табылды [170]. Негізгі басылымдар [66,170] PFG ЯМР диффузиялық өлшемдері үшін негізгі теориялық негізді береді. Сондықтан мұнда тек қысқаша сипаттама беріледі. Түрдің диффузиялық коэффициенті, D, изотропты жағдайда, STE-PFG NMR экспериментінен градиент ұзақтығына байланысты сигналдың әлсіреуін өлшеу арқылы алуға болады (δ), градиент амплитудасы (g) және таралу уақыты (Δ) 9 -суреттің импульстік реттілігінде көрсетілгендей. Байқалған ЯМР қарқындылығы сәйкес әлсіретіледі

STE-PFG ЯМР импульстік тізбегі үш 90° радиожиілік импульсінен және бірдей амплитудасы мен ұзақтығының екі градиенттік импульсінен тұрады. STE-PFG ЯМР эксперименті жаңғырық қарқындылығының ыдырауы функциясы ретінде ұйымдастырылған. δ, g немесе Δ, қызығушылық түрінің диффузиялық коэффициентіне пропорционал.

қайда γ - бұл байқалған ядроның гиромагниттік қатынасы және I және I0 сәйкесінше байқалатын және бастапқы сигнал қарқындылығы болып табылады [66,170].

Липидті екі қабатты ортада бүйірлік диффузия анизотропты болып табылады, сондықтан диффузия коэффициенті сәйкес диффузиялық тензор түрінде бейнеленеді.

Екі қабатты нормальда бір осьтік симметрия бар, сондықтан жүйені ұсыну үшін тек екі негізгі компонент қажет. Бұл екі компонент перпендикуляр бойымен молекулалық диффузияға сәйкес келеді (D) және параллель (D||) 8-суретте көрсетілгендей екі қабатты қалыпты бағыттар.

Липидті екі қабатты жүйеде диффузиялық тензорды сипаттау үшін тек екі компонент қажет. Сыртқы магнит өрісіне қатысты екіқабатты нормальдың салыстырмалы бағдары, демек, диффузияның негізгі компоненттері бұрышпен сипатталады. θ. Ол магниттік өріске сәйкес келетін және өлшеуге болатын диффузиялық тензордың D z z lab компонентін анықтайды.

Егер градиент зертхана бойымен қолданылса z-сыртқы магнит өрісінің бағыты бойынша таңдалған ось B0 (8 суретті қараңыз), содан кейін тек Dzz зертханалық рамкадағы диффузиялық тензордың құрамдас бөлігі өлшенеді. арасындағы қатынас Dzz және жоғарыда сипатталғандай екіқабатты нормальға қатысты параллель және перпендикуляр түзететін молекулалық жақтаудағы негізгі құрамдас бөліктер мына түрде берілген:

Егер фазаны құрайтын молекулалардың жалпы липидтерге тән төмен критикалық мицелла концентрациясы (CMC) болса, онда қос қабаттың нормасына параллель диффузия анықталмайды, D|| = 0. Осылайша, тек термин Dzz = Dкүнә 2 θ теңдеуінде қалады. (3). Бір қызығы, екі қабатты нормаль қолданылған градиентке перпендикуляр болған жағдайда, зертханалық шеңберде байқалған диффузия коэффициенті (Dzz) бүйірлік диффузияға теңD) липидті қос қабатта. Сондықтан, липидті қос қабатты жүйедегі молекуланың диффузия коэффициентін өлшеу үшін тураланған үлгі қажет және бицеллалар мақсатқа сәйкес ортаны қамтамасыз етеді. Жақында Соонг пен Макдональд [171] STE-PFG NMR техникасын қолдана отырып, импульстік реттілік полимерлі-липидті, атап айтқанда DMPEPEG2000, бицеллаларда диффузияны өлшеудің орындылығын көрсетті.

Диффузия коэффициенті градиент ұзақтығының функциясы ретінде полимермен егілген липидтердің 1 H сигнал қарқындылығының ыдырауын бақылау арқылы өлшенеді. PEG-тің жылдам ішкі қозғалысы тар 1 H резонансын береді, бұл өлшеуді мүмкін етті. Өлшенетін диффузиялық коэффициент шамасы бойынша сұйық кристалды фазадағы DMPC -тің FRAP өлшемдерімен салыстырылатын болып табылды [171]. Демек, бұл екі қабатты ортада мембранамен байланысқан амфифилдердің бүйірлік диффузиялық зерттеулерінің ортасы ретінде бицеллалардың өміршеңдігін көрсетеді. Нәтижелер сонымен қатар STE-PFG NMR арқылы мембраналық ақуыздың диффузиялық коэффициентін алу мүмкіндігін көрсетеді, бұл липидті екі қабатты ақуыз айналымы туралы біздің түсінігіміз үшін маңызды. Демек, бұл бицеллалар мембраналық ақуыздар үшін жай қалпына келтіру ортасы ғана емес, оларды ЯМР арқылы бүйірлік диффузияны зерттеу үшін платформа ретінде пайдалануға болатынын көрсетеді. Бұл диффузиялық өлшеулерде бицелл морфологиясына қатысты қызықты нәтиже алынды: молекулалық компоненттер микрондық қашықтықта еркін диффузияны көрсетеді. Бұл бақылау бицелланың перфорацияланған ламеллалардың морфологиясына [172] сәйкес келеді, сонымен қатар SANS деректерімен [159] және сұйылтылған бицеллалар ерітінділеріндегі тетраметилсиланның диффузиялық зерттеулерімен расталады [156].

Диффузияны зерттеуді төменгі бицеллалар үшін де жасауға болады q қатынасы (0,5 ≤ q ≤ 1). Кішкене мөлшеріне байланысты бұл бицеллалар изотропты түрде құлайды, сондықтан мембраналық ақуыздарды жоғары ажыратымдылықта зерттеуге жарамды. Бір қызығы, биіктігі төмен q қатынасы диск тәрізді агрегаттар түрінде болады және олардың диаметрі мен қалыңдығы бойынша салыстырмалы түрде монодисперсті. Ат q = 0,5, олардың болжамды диаметрі шамамен 8 нм, екі қабатты қалыңдықтан екі есе артық [152]. Бұл тез құлайтын бицеллалардың диаметрі мембранаға байланысты пептидтердің қатысуымен өзгереді. Жақында бұл бицеллалар мембраналық байланыстыратын пептидтердің бүйірлік диффузиялық коэффициенттерін өлшеу үшін пайдаланылды және нәтижелер әдебиеттегі мәндермен салыстырылады. Бұл эксперименттер диффузиялық зерттеулер үшін қос жасушаларды қолданудың орындылығын көрсетсе де, сақтық қажет, өйткені бүйірлік диффузия коэффициенті салыстырмалы мағынада өлшенеді, өйткені үлгідегі барлық компоненттер әр түрлі жылдамдықта таралады. Атап айтқанда, липидті бицелла тұтастай стационарлық анықтаманы қамтамасыз етпейді, өйткені оның өзі жанама диффузияға ұшырайды. Соған қарамастан, бұл бицеллалар мембранамен байланысты пептидтер мен амфифилдердің байланыстырушы кинетикасын зерттеуге арналған тамаша үлгідегі мембраналық жүйе болып табылады.

PFG NMR диффузиялық өлшеулері қалдық диполярлы муфталарды, атап айтқанда бағдарланған липидті бицеллаларды, цетилпиридиний бромидін және ПЭГ қоспасы мен қоспасын зерттеуде жиі қолданылатын үш ортаның морфологиясын зерттеу үшін қолданылды. n-гексанол [156]. Мицеллалар мен изотропты бицеллалардың гидродинамикалық радиусы биполярлы импульсті градиенттермен өлшенді [173]. Бұл өлшемдерде құрғақ және гидратталған ақуыз, бицелл немесе мицелла арасындағы гидродинамикалық көлемдегі айырмашылықтарды түзету үшін лизоцим сілтеме қоспа ретінде пайдаланылды. Изотропты бицеллалардағы құрамды липидтердің қозғалысы 13 C релаксациясы, PFG NMR және EPR зерттелді [174]. Жергілікті ұтқырлық бицелланың мөлшеріне қарағанда қолданылатын жуғыш затқа көбірек тәуелді екені анықталды. Түрлі пептидтердің көрінетін динамикаға әсер ететіні анықталды. Кейінгі зерттеуде диффузиялық өлшеулер төмен бицеллалардың өлшемі мен пішінін зерттеу үшін қолданылды q изотропты түрде ыдырайтын қатынас [175]. Үш түрлі ұзын тізбекті липидті компоненттер, атап айтқанда дилауроилфосфатидилхолин (DLPC), DMPC және DPPC қос қабатты қалыңдығының функциясы ретінде липидтердің динамикасын зерттеу үшін пайдаланылды [176].

Айналмалы диффузия осы уақытқа дейін талқыланған трансляциялық қозғалысқа қарағанда, молекуланың айналу еркіндік дәрежесіне қатысты. Липидтер, сондай-ақ қос қабатты үлгідегі белоктар айналмалы диффузияны бастан кешіреді, ол екі қабатты қалыпты айналасында еркін жүреді. Орташа молекулалық өлшемдегі ақуыздар мен пептидтер зерттелетін болса, бұл әдетте ЯМР уақыт шкаласы бойынша жылдам болады. ЯМР спектрлерінде айналу осі бойымен анизотропты спиндік өзара әрекеттестіктің орташа мәні спектрлік сызықтық пішін мен өзара әрекеттесу шамасын өзгертетіндіктен, байқалатын NMR сызықтық кескінінен айқын көрінеді. Нәтижесінде көпқабатты көпіршіктер (MLV) макроскопиялық бағдарланған үлгілермен бірдей ақпаратты бере алады [6,7,177,178] және таңдау негізінен дайындаудың қарапайымдылығы мен сезімталдық мәселелерімен анықталады. Алайда, PGLa микробқа қарсы пептидінің құрылымдық өлшеулеріне шыны пластиналар бумаларынан жасалған макроскопиялық бағдарланған үлгілерден алынған мәліметтермен салыстырғанда MLV -дегі гидратацияның әр түрлі деңгейлері әсер етуі мүмкін екендігі хабарланды [7]. Диск тәріздес бицеллалар үшін қосқабатты нормаға қатысты айналу диффузиясы сол ось бойынша цилиндрлік үлестіруді орташалау үшін жеткілікті жылдам болып табылды, тіпті сирек жағдайларда енгізілген ақуыздың өзі қажетті орташа мәнге жеткілікті жылдамдықпен айналмалы диффузиядан өтпейді [179]. ]. Нәтижесінде өте үлкен ақуыздар мен ақуыздық комплекстер де жабылмаған бицеллаларды зерттеуге қолайлы.


Мицеллалар дегеніміз не? (суреттермен)

Мицеллалар - бұл су ерітінділерінде түзілетін липидтер сферасы. Адамдарда олар мыналардан қалыптасады өт тұздары. Бұл мицеллярлық агрегаттар липидтердің ас қорыту өнімдерін сіңіру үшін ішекке тасымалдауға көмектеседі. Сонымен қатар, олар жуғыш зат ретінде қолданылады.

Біз жейтін тамақтың бір бөлігі май мен майдан тұрады. Олар асқазанда ас қорыту кезінде липаза ферментінің әсерінен липид тәрізді қосылыстарға, соның ішінде май қышқылдарына ыдырайды. Басқа липазаның көмегімен ұйқы безінде қосымша деградация жүреді. Липазалар суда ериді, олар ыдырататын қосылыстарға қарағанда. Деградация өт қабы мен бауырдан бөлінетін өт тұздары деп аталатын биологиялық жуғыш заттардың көмегін қажет етеді.

Мицеллалар липазамен ыдырауға болатын май қышқылдары мен басқа да липидтердің ыдырау өнімдерін жасауға көмектесетін өт тұздарынан шығарылады. Мицелла түзілу принципі суға араласпайтын май тәрізді. Липидтердің көптеген кластарында полярлы және сумен жақсы әрекеттесетін бас тобы бар. Оларда гидрофобты болып табылатын екі құйрық тобы бар. Бұл құйрық топтары сумен жақсы әрекеттеспейді және мұнай түрі сияқты басқа гидрофобты молекулалармен кластерлерде болуды қалайды.

Төмен концентрацияда липидтер мен май қышқылдары суда ериді. Мицелла түзілуінің қозғаушы факторы - бұл қосылыстар жоғары концентрацияға жеткенде мицелланың сыни концентрациясы (CMC). ЦМС -тан асатын концентрацияларда гидрофобты құйрық топтары суды болдырмау үшін өздігінен жиналады. Полярлық топтар суға қарап тұрады, ал ортасы суды қоспайтын гидрофобты құйрықтарға толы. This generally gives the miceller aggregates the structure of a sphere, although they can be shaped like a disk.

Mixed micelles can be composed of various compounds that are not very soluble in water. These compounds are dissolved in the center of the sphere where they can blend in with the hydrophobic tails. In this manner, they are transported by micellar aggregates of bile salts to the intestine to be further broken down. These structures are the major way in which lipids get to the cell surface of the intestine to be absorbed. The rate of transport can be increased 1,000 times over that of individual fatty acids.

Cholesterol secreted by the liver can also travel in bile, in micelles. It is virtually insoluble in aqueous solutions, but is soluble in mixed micelles. Sometimes the body produces super-saturated bile with a high ratio of cholesterol. This can lead to gallstone formation. Other types of compounds that travel in these micellar aggregates are lipid-soluble vitamins, such as A, D, E, and K.

The structure of micelles is very similar to the lipid bilayer of biological membranes. The bilayers have the same type of interactions. The lipids, however, face each other giving a double layer of lipids instead of a sphere. The principle is the same as the structure of micellar aggregates with a hydrophobic interior and a polar exterior. Some types of lipids can readily exchange into the cellular membrane, from the micellar aggregrate.

Lipid bilayers can join ends to form a circle known as a liposome. These structures have an internal compartment. Liposomes are being used medically as carriers for drugs and enzymes. This allows doctors to target particular organs. It helps to avoid side effects like tissue damage and drug breakdown that can happen as drugs are introduced into the body by normal methods.

The compounds that make up micelles are also known as surfactants. These are compounds that are soluble in both oil and water. They allow compounds that are barely soluble in water to accumulate to higher concentrations within the micellar aggregates. The surfactant properties of these aggregates make them useful as detergents. They can dissolve oily deposits on clothes that will not wash off in water.

There is another type of micelle that is the reverse of the oil-in-water type. It has water-soluble substances dissolved in an organic solution. In this case, however, the polar head groups are in the center of the micelles, while the hydrophobic groups are on the outside, interacting with the organic solvent.


Реферат

Cellular respiration, mediated by the passive diffusion of oxygen across lipid membranes, is key to many basic cellular processes. In this work, we report the detailed distribution of oxygen across lipid bilayers and examine the thermodynamics of oxygen partitioning via NMR studies of lipids in a small unilamellar vesicle (SUV) morphology. Dissolved oxygen gives rise to paramagnetic chemical shift perturbations and relaxation rate enhancements, both of which report on local oxygen concentration. From SUVs containing the phospholipid sn-2-perdeuterio-1-myristelaidoyl, 2-myristoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (MLMPC), an analogue of 1,2-dimyristoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (DMPC), we deduced the complete trans-bilayer oxygen distribution by measuring 13 C paramagnetic chemical shifts perturbations for 18 different sites on MLMPC arising from oxygen at a partial pressure of 30 bar. The overall oxygen solubility at 45 °C spans a factor of 7 between the bulk water (23.7 mM) and the bilayer center (170 mM) and is lowest in the vicinity of the phosphocholine headgroup, suggesting that oxygen diffusion across the glycerol backbone should be the rate-limiting step in diffusion-mediated passive transport of oxygen across the lipid bilayer. Lowering of the temperature from 45 to 25 °C gave rise to a slight decrease of the oxygen solubility within the hydrocarbon interior of the membrane. An analysis of the temperature dependence of the oxygen solubility profile, as measured by 1 H paramagnetic relaxation rate enhancements, reveals that oxygen partitioning into the bilayer is entropically favored (ΔС° = 54 ± 3 J K −1 mol −1 ) and must overcome an enthalpic barrier (ΔH° = 12.0 ± 0.9 kJ mol −1 ).


Department of Biology (M 694), University of Konstanz, 78457 Konstanz, Germany

Department of Biology (M 694), University of Konstanz, 78457 Konstanz, Germany

Professor of Molecular Physiology and Biological Physics, University of Virginia, PO Box 800736, Charlottesville, VA 22908-0736, USA

Қорытынды

Thermodynamic Stability of FepA in Detergent Micelles

Thermodynamic Stability of OmpA in Phospholipids Bilayers

Thermal Stability of FhuA in Detergent Micelles

Insertion and Folding of β-Barrel Membrane Proteins in Micelles

Oriented Insertion and Folding into Phospholipid Bilayers

Assemblies of Amphiphiles Induce Structure Formation in β-Barrel Membrane Proteins

Electrophoresis as a Tool to Monitor Insertion and Folding of β-Barrel Membrane Proteins

pH and Lipid Headgroup Dependence of the Folding of β-Barrel Membrane Proteins

Rate Law for β-Barrel Membrane Protein Folding and Lipid Acyl Chain Length Dependence

Synchronized Kinetics of Secondary and Tertiary Structure Formation of the β-Barrel OmpA

Interaction of OmpA with the Lipid Bilayer is Faster than the Formation of Folded OmpA

Multistep Folding Kinetics and Temperature Dependence of OmpA Folding

Characterization of Folding Intermediates by Fluorescence Quenching

The β-Barrel Domain of OmpA Folds and Inserts by a Concerted Mechanism

Stoichiometry of the Lipid–Protein Interface

Lipid Selectivity of β-Barrel Membrane Proteins

Lipid Dependence of the β-Barrel Orientation Relative to the Membrane

Inclination of the β-Strands Relative to the β-Barrel Axis in Lipid Bilayers