BIOFIZIKA BIOFIZIČKE OSOBINE ĆELIJSKE MEMBRANE Aleksandar Tomić maj 2007
O čemu je reč? STRUKTURA I GRADIVNI ELEMENTI ĆELIJSKE MEMBRANE BIOFIZIČKE KARAKTERISTIKE MEMBRANE IZVEDENE IZ STRUKTURE MEMBRANE I KOMPJUTERSKOG MODELA OSCILOVANJA ATOMA u molekulima konstituentima membrane
MEMBRANA (opna) ĆELIJE * Svaka ćelija ograničena je u prostoru ćelijskom membranom koja definiše i održava razliku u sastavu ćelije i njene okoline. * Sve membrane imaju zajedničku strukturu koju čine lipidi i proteini. LIPOZOM hidrofobna opna
GRADJA ĆELIJSKE MEMBRANE gruba slika
LIPIDI: NISU RASTVORLJIVI U VODI, u vodi spontano OBRAZUJU DVOJNI ELEKTRIČNI SLOJ sa funkcijom zaštite od vode. Postoje TRI osnovna tipa lipida: - fosfolipidi - holesterol i - glikolipidi.
GRADJA ĆELIJSKE MEMBRANE malo detaljnije
Struktura lipida
1- FOSFOLIPIDI- lipidi sa električnim dipolima
2- HOLESTEROL
3- GLIKOLIPIDI
REP sa jednom cis vezom C(H)=C(H) sprečava rotaciju spoljnjeg dela repa. FOSFATIDIL-HOLIN karakterističan predstavnik grupe fosfolipida je fosfatidil-holin: C(H3)+N(CH3)(CH3)+C(H2)+O+P(O)(O)+O+C(H2)+C(H)+ prvi rep - C(H2)+O+C(O)+C(H2) (16 puta)+c(h3) drugi rep: - O+C+C(H2)+C(H)+C(H2)(5 puta)+c(h)+c(h)+ C(H2)(7 puta)+c(h3) SFINGOSIN OH+CH2+C(H)NH2+C(H)OH+CH+CH+ (CH2)12 +CH3 19 Atoma u skeletu - CH2 se ponavlja 12 puta.
CERAMIDE glava: O(H)+C(H2)+C(H)++ i dva repa sa 12 i sa 14 CH2 molekula: C(H)OH+C(H)++C(H)+C(H2)12 + C(H3) N(H)+C(O++)+C(H2)14 +C(H3) NANA - oblik: C(H3)+C(O++)+N(H)+ +C(H)+C(H)OH+C(H2)+C(OH)COO+O+C(H)+ +C(H)OH+C(H)OH+C(H)OH+C(H2)OH drugi rep ima prsten čiji poslednji C atom nastavlja treći niz. GALAKTOZA (Gal) Oblik: C(H2)OH+OH+OH+OH+OH+O zatvoren u prsten. Računato za: a/ prsten, b/ NANA+GAL, c/ NANA+ NANA+ GAL GLUKOZA (GLC) Prsten: C(H2)OH+OH+0H+OH+OH+O. Izračunato za: a/ prsten kao niz, b/ NANA+GAL+GLC, c/ NANA+NANA+GAL+GLC, d/ NANA+ NANA+GAL+GLC+ FOSFOLIPIDNI REP.
GLIKOLIPIDI I HOLESTEROL SFINGO-MIELIN Formula: C(H3)+N(CH3)2+C(H2)+C(H2)+O+P(O)O+O+ CERAMIDNI REP. FOSFATIDIL - SERIN Formula: N(H3)+C(H)COO+C(H2)+O+P(O)O+O+C(H2)+C(H2)+ REPOVI: +O+C(O)+C(H2) 12 puta +C(H3), +C(H2)+O+C(O)+C(H2) 12 puta +C(H3). FOSFATIDIL ETANOL - AMIN Formula: N(H3)+C(H2)+C(H2)+O+P(O)O+O+C(H2)+C(H)+ REPOVI: +O+C(O)+C(H2)12 puta+c(h3) +C(H)+O+CO+C(H2)12 puta+c(h3).
MONOSIALO-GANGLIOSID (GM1) Najčešće sadrži glikolipide sa jednim ili više molekula sialične kiseline, npr. NANA (desno). Tipičan sastav čini niz: galaktoza (Gal), N- acetil-galaktoza-amin (Gal Nac), galaktoza (Gal), NANA (bočno), glukoza (Glc) i hidrofobno lipidno jezgro UNUTAR dvojnog sloja. HOLESTEROL (levo) ima veoma složenu strukturnu formulu
Spoljni sloj membrane
Oligosaharidi
PREGLED FREKVENCIJA OSCILOVANJA
Geometrija membrane i transport mase Geometrija membrane sugeriše značaj odnosa ULAZNA / IZLAZNA frekvencija prvog i poslednjeg atoma u lancu. POLOŽAJ LANCA prema membrani je ORTOGONALAN. Frekvencije i amplitude oscilovanja atoma u lipidnim lancima IMAJU VEOMA VAŽNU ULOGU, a njihov odnos je u velikom rasponu od 1:1 do 1:90. Vremenska promena impulsa mv ukazuje da oscilatorni sistemi u kontaktu MOGU PROIZVESTI KRETANJE proporcionalno frekvenciji. Za jednake mase relatvna promena položaja jednaka je relativnoj promeni frekvencije oscilovanja Za nejednake mase odnos je:
PROCENTUALNA ZASTUPLJENOST LIPIDA U MEMBRANAMA ĆELIJA
MEHANIZMI TRANSPORTA MASE KROZ MEMBRANU U transportu mase kroz membranu važnu ulogu imaju JON ili DIPOL u glavi molekula fosfolipida ugradjenog u membranu. Promenom koncentracije ili orijentacije takvih molekula to se ostvaruje. FLIP-FLOP rotacioni mehanizam je zaštitni mehanizam u kritičnim situacijama. Obezbedjenje ćelije od neželjenih uljeza je važna funkcija membrane, pa postoje različiti mehanizmi obrane.
ELECTRIČNE KARAKTERISTIKE MEMBRANE Membrana je debljine oko 6 nm, sa molekulima ortogonalno ugradjenim u nju, često sa naelektrisanjem na spoljnoj strani, kojie obrazuje dvojni električni sloj. N + O Model plazmatične membrane, nacrtan u srazmeri. Različite kombinacije su moguće zamenom položaja. Gornji deo glave obično sadrži pozitivni jon AZOTA, koji obrazuje jak dipol N + O dužine oko 0,7 nm, sa fosfatidil-aminom (PA), fosfatidilholinom (PC) ili sfingo-mielinom (SM). Glava molekula je kraća od 1 nm i naelektrisana negativno u donjem delu (O - jon). Unutrašnjost membrane nije naelektrisana i nalazi se u Faradejevom kavezu tj. na konstantnom NEGATIVNOM POTENCIJALU, SA LIPIDNIM REPOVIMA KAO DIELEKTRIKOM konstante = 2.7, za dominantnu strukturu CH2. ε R
MAGNETNE KARAKTERISTIKE MEMBRANE Transport jona kroz membranu može se objasniti PROMENAMA JONIZACIONE KONFIGURACIJE u membrani. Debljina dipolnog sloja oko 0,8 nm, membrane - oko 6 nm. Na nekoliko nanometara rastojanja od membrane, ćelija kao celina je SLABO polarizovana ili neutralna u odnosu na okolinu, koja predstavlja SLABO JONIZOVANU PLAZMU.
STRUJNI IMPULSI Srednji odnos broja jona kiseonika i azota u molekulima membrane iznosi 5:1, a srednji odnos frekvencija oscilovanja tih jona je 1:5. UKUPNI TOK NAELEKTRISANJA MOŽE BITI JEDNAK NULI: Amplituda struje i frekvencija zajedno daju STRUJU KOJA NIJE OBAVEZNO JEDNAKA NULI. Strujni impuls može biti četvrtast za simetrično, ili sinusoidan za antisimetrično oscilovanje.
MESSAGE
KOLIKA JE MAGNETNA INDUKCIJA MEMBRANE? Membranu čini oko 10 MILIONA molekula, sa STO HILJADA JONA. Na tim frekvencijamajačina struje u simetričnom oscilovanju možebiti maksimalno 23 ma, u antisimetričnom 33 ma. Ekstremna amplituda MAGNETNOG POLJA membrane jednaka je:... oko 6 PUTA JAČE OD ZEMLJINOG POLJA. Magnetno polje ćelijske membrane može biti znatno, ali zbog impulsne prirode i visoke frekvencije ono je potpuno specifično. Računato je za slučajne orijentacije osa dipola prema pravcu normalnom na membranu. Ako nije tako, efekat može biti SLABIJI do 100 puta.
Umesto zaključka Kolika je srednja jačina polja da li je ona jednaka jačini Zemljinog polja ili osciluje oko nje? Pojavljuju se dva elektromagnetna stanja membrane kao moguće krajnosti. Da li jedno od njih jeste, a drugo nije normalno stanje? Da li je ZDRAVLJE = elektromagnetna opna ispravno podešena prema okolini?