Autumn Semestr 2022 Lipids, Karel Kubíček 1 Mgr. Karel Kubíček, Ph.D. F1190: Lipidy 2 Lipids, Karel Kubíček Autumn Semestr 2022 Lipidy, membrány Doporučená literatura: 1) 1)Cotterill, R.: Biophysics: An Introduction, John Wiley & Sons, Ltd. 2002 2)Murray, R.K., Granner, D. K., Mayes, P., A., Rodwell, V., W.: Harper’s Illustrated Biochemistry, Lange Medical Books, 2003 3)Schuenemann, V.: Biophysik: Eine Einfuehrung, Springer, 2005 4)Garrett, R.H., Grisham, C.M.: Biochemistry, 2nd ed., 1999 5)Jackson, M.B.: Molecular and Cellular Biophysics, Cambridge University Press, 2006 Lipidy, membrány -Mastné kyseliny -Fosfolipidy -Triglyceroly -Grlycerofosfolipidy -Vosky, terpény -Steroidy Autumn Semestr 2022 3 Lipids, Karel Kubíček Lipidy -Hydrofobní (nerozpustné ve vodě; obsahující pouze nepolární skupinu) nebo amfifilní (obsahují jak polární, tak nepolární skupinu) -Zásobarny metabolické energie Mastné kyseliny -Dlouhý, nepolární –CH2- konec -Polární karboxylová skupina -Nasycené (stearová, plamitová, arašídová) -Nenasycené - mono- (jedna dvojitá vazba; olejová)/poly-(více dvojitých vazeb) nenasycené Autumn Semestr 2022 Lipids, Karel Kubíček 4 Screen shot 2010-10-26 at 9.57.46 AM.png Autumn Semestr 2022 Lipids, Karel Kubíček 5 mastne_kyseliny.png Autumn Semestr 2022 Lipids, Karel Kubíček 6 Screen shot 2010-10-26 at 9.55.45 AM.png Screen shot 2010-10-26 at 9.54.14 AM.png Autumn Semestr 2022 7 Lipids, Karel Kubíček Autumn Semestr 2022 Lipids, Karel Kubíček 8 Triglyceroly (triglycidy) - Zmýdelnění – reakce acylglycerolů s alkáliemi vzniká sůl mastné kyseliny a glycerol (výroba mýdla) triglyceroly.png Autumn Semestr 2022 Lipids, Karel Kubíček 9 Fosfolipidy - Esenciální prvek biologických membrán schema_fosfolipidu.png Mastná kyselina glycerol fosforylovaný alkohol Autumn Semestr 2022 Lipids, Karel Kubíček 10 fosfatidinova_kys.png Kyselina fosfatidová –základní sloučenina fosfolipidů Autumn Semestr 2022 Lipids, Karel Kubíček 11 glycerolipidy.png Autumn Semestr 2022 Lipids, Karel Kubíček 12 fosfolipid.png Polární “hlavička” Nepolární konec (nasycený – S- nebo nenasucený – U) Schéma fosfolipidu (nebo jiného membránového lipidu) 2021/11/23 Lipidy, membrány, Karel Kubíček 13 Screen shot 2010-11-15 at 11.40.18 PM.png 2021/11/23 Lipidy, membrány, Karel Kubíček 14 Screen shot 2010-11-15 at 11.42.49 PM.png Autumn Semestr 2022 Lipids, Karel Kubíček 15 cholesterol.png Steroidy, cholesterol 2021/11/23 Lipidy, membrány, Karel Kubíček 16 Screen shot 2010-11-15 at 11.43.39 PM.png 2021/11/23 Lipidy, membrány, Karel Kubíček 17 Screen shot 2010-11-15 at 11.04.10 PM.png Autumn Semestr 2022 Lipids, Karel Kubíček 18 dvojvrstva.png Hydro- -filní -fobní -filní Lipidová dvojvrstva Autumn Semestr 2022 Lipids, Karel Kubíček 19 usporadane_lipidy.png Autumn Semestr 2022 Lipids, Karel Kubíček 20 multilamelarni_vesicle.png monolamelarni_vesicle.png micela.png Micela Unilamelární vesikula Multilamelární vesikula Autumn Semestr 2022 Lipids, Karel Kubíček 21 Příprava a studium monovrstev a jejich studium 1)Franklinův experiment 2)Langmuirova-Blodgettové vanička 3)Odpařováním organických rozpouštědel 4) 4) 4) A)Rentgenová difrakce a odraz B)Elipsometrie C)BAM – Brewster angle microscopy – mikroskopie Brewsterova úhlu D)AFM – mikroskopie atomárních sil E)Fluorescenční mikroskopie 1) Autumn Semestr 2022 Lipids, Karel Kubíček 22 LB1.png Langmuirovy-Blodgettové vrstvy (filmy) LB2.png Autumn Semestr 2022 Lipids, Karel Kubíček 23 LB3.png Autumn Semestr 2022 Lipids, Karel Kubíček 24 Franklinův experiment Autumn Semestr 2022 Lipids, Karel Kubíček 25 Přibližné určení průměru molekuly kyseliny stearové Pomůcky Pettriho miska o průměru asi 240 mm, dětský zásyp, destilovaná voda, (odměrný válec o objemu do 5 ml, lékařské kapátko, posuvné měřidlo, kyselina stearová/olejová, lecithin=fosfatidilcholin, lékařský benzín nebo jiné vhodné rozpouštědlo, jemný korkový prášek) Teoretická část Jestliže přeneseme na dostatečně velký volný povrch vody poprášený korkovým práškem nebo dětským zásypem kapku mastné kyseliny, kapka se po povrchu rozteče a utvoří na něm tenkou monomolekulární vrstvu o výšce rovné průměru molekuly kyseliny stearové/olejové. Ze známého objemu kapky a obsahu plochy monomolekulární vrstvy lze určit výška tenké vrstvy, a tím přibližně průměr molekuly kyseliny. Při experimentu se nepoužívá čistá kyselina (velká plocha monomolekulární vrstvy), ale roztok kyseliny v těkavém rozpouštědle (rychle se odpaří). Prášek na povrchu vody slouží k vymezení okrajů vrstvy kyseliny. Autumn Semestr 2022 Lipids, Karel Kubíček 26 agregaty.png 2021/11/23 Lipidy, membrány, Karel Kubíček 27 Screen shot 2010-11-15 at 11.44.49 PM.png 2021/11/23 Lipidy, membrány, Karel Kubíček 28 Screen shot 2010-11-15 at 11.06.53 PM.png 2021/11/23 Lipidy, membrány, Karel Kubíček 29 Screen Shot 2011-11-01 at 8.16.53 AM.png 1)Gorter & Grendel 2)Harvey, Danielli, Davson 3)Robertson (X-ray diffraction) 4)Benson 5)Singer & Nicolson 6) --------”---------- 7)Green 8)Sjostrand & Lucy 9)Brown (1971) 10) 2021/11/23 Lipidy, membrány, Karel Kubíček 30 Screen shot 2010-11-15 at 11.02.23 PM.png Autumn Semestr 2022 Lipids, Karel Kubíček 31 souhrnne_schema.png Model tekuté mozaiky membranova_struktura.png 2021/11/23 Lipidy, membrány, Karel Kubíček 32 Screen Shot 2011-11-01 at 8.40.15 AM.png Membránové kanály Výměna iontů mezi vnitřním a vnějším prostředím buňky je uskutečňována membránovými kanály. Kanály se liší od přenašečů mají pevná vazebná místa pro ionty a v membráně vytvářejí póry propustné pro vodu. Otevírání/uzavírání těchto pórů/kanálů (vrátkování/gating) se může dít několika mechanismy. Vedle elektrického je vrátkování některých kanálů ovládáno jinými podněty (chemickou vazbou látek, mechanickým napětím aj.). Průchod iontů celým kanálem nelze považovat za volnou difuzi. Většina kanálů je totiž charakterizována větší či menší mírou selektivity v propustnosti iontů. V tomto smyslu hovoříme o sodíkových, draslíkových, vápníkových nebo chloridových kanálech. Transport iontů kanály nevyžaduje dodání energie. 2021/11/23 Lipidy, membrány, Karel Kubíček 33 Otevírání/zavírání kanálů (gating/vrátkování) ion_channel.jpg 2021/11/23 Lipidy, membrány, Karel Kubíček 34 Otevírání/zavírání kanálů (gating/vrátkování) ion_channel_vg_ig_mg.jpg 2021/11/23 Lipidy, membrány, Karel Kubíček 35 Screen Shot 2011-11-07 at 9.16.43 PM.png Screen Shot 2011-11-07 at 9.17.07 PM.png © The McGraw-Hill Companies, Inc. Na+/K+ pumpa 2021/11/23 Lipidy, membrány, Karel Kubíček 36 Screen Shot 2011-11-07 at 9.17.54 PM.png Screen Shot 2011-11-07 at 9.17.35 PM.png © The McGraw-Hill Companies, Inc. Na+/K+ pumpa 2021/11/23 Lipidy, membrány, Karel Kubíček 37 Screen Shot 2011-11-07 at 9.19.45 PM.png Screen Shot 2011-11-07 at 9.19.11 PM.png © The McGraw-Hill Companies, Inc. Na+/K+ pumpa 2021/11/23 Lipidy, membrány, Karel Kubíček 38 Screen Shot 2011-11-07 at 9.20.57 PM.png Screen Shot 2011-11-07 at 9.21.23 PM.png © The McGraw-Hill Companies, Inc. Na+/K+ pumpa 2021/11/23 Lipidy, membrány, Karel Kubíček 39 Screen Shot 2011-11-07 at 9.22.10 PM.png Screen Shot 2011-11-07 at 9.22.39 PM.png © The McGraw-Hill Companies, Inc. Na+/K+ pumpa 2021/11/23 Lipidy, membrány, Karel Kubíček 40 Screen Shot 2011-11-07 at 9.23.07 PM.png Screen Shot 2011-11-07 at 9.25.18 PM.png © The McGraw-Hill Companies, Inc. Na+/K+ pumpa 2021/11/23 Lipidy, membrány, Karel Kubíček 41 Sodno-draselná pumpa -Objevena cca v 1957 Jensem Christianem Skou, který za ni v r. 1997 dostal ½ NC za chemii za “objev iontového přenašeče Na+/K+ ATPázy” -Poskytuje 1/3 energetického výdaje (některých) buněk a až 2/3 energetického výdaje neuronů -Kontroluje mj. objem buňky (zabraňuje prasknutí buňky vlivem osmózy) -Udržuje klidový (resting) potenciál buňky 3Na+ à (out); 2K+ ß(in); z toho tedy=> 1+ à -Export Na+ poskytuje hnací sílu pro další sekundární aktivní membránové přenašeče (např. import glukózy, amino kys. a dalších živin) - - 2021/11/23 Lipidy, membrány, Karel Kubíček 42 Autumn Semestr 2022 Lipids, Karel Kubíček 43 Membrány fungují jako: 1)dynamický povrch pro např. Enzymatické, receptorové procesy a imunologické rozpoznávání 2)difúzní bariéra kontrolující iontové složení cytoplazmy 3)elektrický isolant obsahující řadu pasivních a aktivních “elektrických” zařízení, jež regulují membránový potenciál a elektrodynamické podmínky v okolí membrány 4)mechanický povrch zajišťující integritu buňky, ovlivňují její tvar a pohyblivost 5) Autumn Semestr 2022 Lipids, Karel Kubíček 44 Mechanické vlastnosti membrán A)Translace a rotace membránových komponent B)Planární roztažení C)Shear deformace D)Translokace membránových proteinů spektrinovou sítí E)Ohnutí membrán vlivem asymetrických proteinů nebo lipidů F)Vytlačení membránových komponent s nižší pružností z vysoce ohnutých oblastí Autumn Semestr 2022 Lipids, Karel Kubíček 45 deformace_membr.png