biophysical properties of the cellular membrane...

BIOFIZIKA

BIOFIZIČKE OSOBINEĆELIJSKE MEMBRANE

Aleksandar Tomićmaj 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 membranomkoja 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 SLOJsa 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-HOLINkarakterističan 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 +CH319 Atoma u skeletu - CH2 se ponavlja 12 puta.

CERAMIDEglava: 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 HOLESTEROLSFINGO-MIELINFormula: 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 - AMINFormula: 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) ihidrofobno lipidno jezgro UNUTAR dvojnog sloja.

HOLESTEROL (levo) ima veoma složenu strukturnu formulu

Spoljni sloj membrane

Oligosaharidi

PREGLED FREKVENCIJA OSCILOVANJA

Geometrija membrane i transport maseGeometrija membrane sugeriše značaj odnosaULAZNA / 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 rasponuod 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 fosfolipidaugradjenog u membranu. Promenom koncentracije ili orijentacije takvih molekulato se ostvaruje.

FLIP-FLOP rotacioni mehanizamje zaštitni mehanizam u kritičnim situacijama.

Obezbedjenje ćelije od neželjenih uljeza je važna funkcija membrane, pa postoje različiti mehanizmi obrane.

Membrana je debljine oko 6 nm, sa molekulima ortogonalno ugradjenim u nju, često sa naelektrisanjem na spoljnoj strani,

kojie obrazuje dvojni električni sloj.

ELECTRIČNE KARAKTERISTIKE MEMBRANE

−+ON−

Model plazmatične membrane, nacrtan u srazmeri.

Različite kombinacije su moguće zamenom položaja.

Gornji deo glave obično sadrži pozitivni jon AZOTA , koji obrazuje jak dipol dužine oko 0,7 nm, sa fosfatidil-aminom (PA), fosfatidil-holinom (PC) ili sfingo-mielinom (SM).

−+ON

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 , za dominantnu strukturu CH2 . 7.2=Rε

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 prirodei 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 ?