WYDZIA! NAUK O "YWNO#CI I RYBACTWA CENTRUM BIOIMMOBILIZACJI I INNOWACYJNYCH
MATERIA!ÓW OPAKOWANIOWYCH
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Wspó!czynniki przepuszczalno"ci ma!ych cz"steczek wykazuj" korelacje z warto#ci"
stosunku rozpuszczalno#ci tych cz"steczek w rozpuszczalnikach niepolarnych oraz w wodzie.)
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296 Czesc II BIALKA
nowego rezonansu spinowego. Badania te wykazaly, ze czasteczkafosfolipidu wykonuje jedno przejscie poprzeczne (flip-flop) w czasie kilku godzin (dane doswiadczalne przedstawiono na s. 309 w zadaniu 5). Tak wiec czasteczka fosfolipidu do pokonania w dyfuzji poprzecznej odleglosci 5,0 nm, od- powiadajacej grubosci blony, wymaga 109razy wiecej czasu, niz do pokonania tej samej odleglosci w kierunku bocznym. Bariera wolnej energii dla ruchu flip-flop czasteczek bialka jest jeszcze wyzsza niz dla lipidów, poniewaz bialka maja bardzo rozlegle regiony polarne. W rzeczywistosci nigdy nie obserwowano przemieszczania czasteczki bialka ruchem typu jlip-flop. Dzieki temu asymetria blony moze byc utrzymana przez dlugi okres.
Blonybiologicznesa plynnamozaikalipidówi bialek
W 1972 roku S.Jonathan Singer i Garth Nicolson zaproponowali model plynnej mozaiki, który podaje zasadniczy schemat organizacji blon bio- logicznych. Model ten zaklada, ze blony sa dwuwymiarowymi roztworami
Rys. 11-32. Model plynnej mozaiki.
[Wedlug: SJ. Singer, GL Nicolson. Science 175(1972):723. Copyright @ 1972 by the American Association for the Advancement of Science]
przestrzennie zorientowanych lipidów i sferycznych bialek (rys. 11-32).
Model ten oparto na szerokim wachlarzu obserwacji doswiadczalnych.
Glówne cechy tego modelu sa nastepujace:
l. Wiekszosc czasteczek fosfolipidów i glikolipidów jest uporzadkowana w dwuwarstwe, która spelnia podwójna role: jest zarówno rozpuszczalnikiem dla integralnych bialek blony, jak i bariera przepuszczalnosci.
2. Mala czesc lipidów blon oddzialuje specyficznie z niektórymi bialkami blon, co moze miec istotne znaczenie dla funkcji tych ostatnich.
3. W srodowisku lipidowym bialka blon zdolne sa do dyfuzji bocznej, jezeli nie sa ograniczone specyficznymi oddzialywaniami, nie maja natomiast mozliwosci przemieszczania sie z jednej strony blony na druga.
~ b/ona
; komórkowa
Wszystkieblonybiologicznesa asymetryczne
K+
Blony sa asymetryczne zarówno pod wzgledem strukturalnym, jak i funk- cjonalnym. Kazda powierzchnia blony zawiera inne skladniki i wykazuje odmienna aktywnosc enzymatyczna. Doskonalym przykladem tego jest pompa, która reguluje stezenie jonów Na+ i K+ w komórce (s. 330). Ten uklad transportujacy wystepuje w blonie plazmatycznej niemal wszystkich komórek organizmów wyzszych. Pompa Na+ i K+ jest zonentowana w blonie plazmatycznej w ten sposób, ze na zewnatrz pompowane sa jony Na+, a do
Rys. 11-33. Asymetria systemu transportu Na+-K+ w blonie komórkowej
--~ .
~ komórki (~3 J.lm2). Nastepnie w tym wycinku niszczy sie czasteczki fluoryzujace intensywnym pulsem swiatla lasera. Powtórny wzrost fluores- cencji w wybranym odcinku mierzy sie jako funkcje czasu stosujac juz teraz
odzysk fluorescencji
7>
A B c
swiatlo o energii dostatecznie malej, aby nie spowodowac powtórnego jej wygaszenia. Jesli badany skladnik blony jest ruchliwy, to czasteczki o wygaszonej fluorescencji beda opuszczaly mierzony wycinek blony, do którego beda naplywac czasteczki fluoryzujace, co spowoduje powtórny wzrost intensywnosci fluorescencji w tym naswietlonym wycinku. Szybkosc, z jaka intensywnosc fluorescencji powraca do poprzedniego poziomu, zalezy od bocznej wzgledem blony ruchliwosci oznakowanego fluorescencyjnie skladnika, a która mozna okreslic za pomoca stalej dyfuzji D. Srednia dlugosc drogi s (w centymetrach) pokonywanej przez czasteczke w przestrzeni dwuwymiarowej, w czasie t (w sekundach) mozna wyznaczyc ze wzoru
s=(4Dt)1/2
Stala dyfuzji dla lipidów w róznych typach blon wynosi okolo l J.lm2S-l.
Zatem czasteczka fosfolipidu dyfunduje w ciagu jednej sekundy na odleglosc 2 J.lm,co oznacza, ze moze ona w tym czasie przemiescic sie zjednego konca bakterii na drugi. Wielkosc obserwowanego wspólczynnika dyfuzji wskazuje, ze lepkosc blony jest okolo 100 razy wieksza od lepkosci wody, a wiec jest podobna do lepkosci oliwy.
W odróznieniu od lipidów, bialka znacznie róznia sie w swojej bocznej ruchliwosci. Pewne bialka sa równie ruchliwe jak lipidy, inne natomiast sa praktycznie nieruchome. Na przyklad rodopsyna, bialko fotoreceptorowe, jest bardzo ruchliwa, a jej stala dyfuzji wynosi 0,4 J.lm2S-l. Szybki ruch rodopsyny jest istotny dla sygnalizacji, w której bierze udzial. Skrajnie rózny przypadek przedstawia fibronektyna, glikoproteina peryferyczna, która oddzialuje ze srodowiskiem zewnatrzkomórkowym, a jej stala dyfuzji D jest mniejsza niz 10-4 J.lm2S-l. Mala mobilnosc fibronektyny jest wynikiem jej zakotwiczenia poprzez integryny do wlókien aktyny po drugiej stronie blony komórkowej. Integryna jest bialkiem transblonowym laczacym przestrzen pozakomórkowa ze szkieletem komórkowym.
Lipidyblonowemajaograniczonamozliwosc przemieszczaniasiew poprzekblony,
alebialkablonoweniemajajej wcale
Spontaniczne przemieszczanie sie lipidów z jednej strony blony na druga jest procesem bardzo powolnym, w przeciwienstwie do ich szybkiego ruchu w kierunku równoleglym do plaszczyzny dwuwarstwy lipidowej. Przejscie czasteczki z jednej powierzchni blony na druga nazywa sie dyfuzja poprzeczna lub flip-flop, natomiast dyfuzja w plaszczyznie blony nazywa sie dyfuzja boczna (lateralna) (rys. 11-31). Dyfuzje poprzeczna czasteczek fosfolipidów w pecherzykach fosfatydylocholiny mierzono bezposrednio metoda elektro-
Rozdzial11 295 BUDOWA I DYNAMIKA BLONY
:6-c:
Q) u(/) Q)
Ci'"
;;::
wygaszenie
t
'u'(/)
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~(/)
c:Q)
C
D czas
Rys. 11-30. Technika odzyskania fluores- cencji utraconej uprzednim wygaszeniem przez puls laserowy: A - fluorescencja oznakowanego skladnika powierzchni komórki w malym oswietlonym rejonie komórki. B - fluorescencja czasteczki zostaje wygaszona przez intensywny puls swiatla. C - intensywnosc fluorescencji powraca, w miare jak czasteczki z wygaszona fluorescencja opuszczaja dyfuzyjnie oswietlony rejon, a naplywaja do niego czasteczki fluoryzujace; szybkosc odzyskiwania fluorescencji - D jest zalezna od wspólczynnika dyfuzji
Fibronektyna -
Bialko przylaczone adhezyjnie do powierzchni komórki.
Nazwa pochodzi od lacinskiego fibra
"wlókno" i nectere "wiazac" lub
"laczyc" .
~TI )1~
szybka TI~
~~~
dyfuzja boczna
~TI
~~
bardzo powolna
TITI
~~
::::"
dyfuzja poprzeczna (1Iip-Ilop)
Rys. 11-31. Boczna dyfuzja lipidów jest znacznie szybsza niz dyfuzja poprzeczna (flip-flop)
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