PředmětyPředměty(verze: 850)
Předmět, akademický rok 2019/2020
   Přihlásit přes CAS
Struktura, dynamika a funkce biologických membrán - NBCM014
Anglický název: Structure, Dynamics and Functions of Biomembranes
Zajišťuje: Fyzikální ústav UK (32-FUUK)
Fakulta: Matematicko-fyzikální fakulta
Platnost: od 2011 do 2019
Semestr: zimní
E-Kredity: 3
Rozsah, examinace: zimní s.:2/0 Zk [hodiny/týden]
Počet míst: neomezen
Minimální obsazenost: neomezen
Stav předmětu: vyučován
Jazyk výuky: čeština
Způsob výuky: prezenční
Garant: prof. RNDr. Jaromír Plášek, CSc.
Kategorizace předmětu: Fyzika > Biofyzika a chemická fyzika
Anotace -
Poslední úprava: ()
Struktura a složení biomembrán. Membránové lipidy. Membránové proteiny. Topografie membrán. Lipid-proteinové interakce. Interakce malých molekul s membránami. Elektrické vlastnosti membrán, membránový potenciál. Póry, kanály a přenašeče. Fúze membrán. Spektroskopie biologických membrán. Biogeneze membrán.
Podmínky zakončení předmětu
Poslední úprava: RNDr. Kateřina Hofbauerová, Ph.D. (30.09.2019)

Zkoušku konají studenti ústní formou.

Literatura
Poslední úprava: RNDr. Kateřina Hofbauerová, Ph.D. (30.09.2019)

• B.Alberts, D.Bray, A.Johnson, J.Lewis, M.Raff, K.Roberts, P.Walter: Základy buněčné biologie - Úvod do molekulární biologie buňky, Espero, Praha, 2005.

• D.L.Nelson, M.M.Cox: Lehninger Principles of Biochemistry, W.H.Freeman&Co., New York, 2005.

• D.Voet, J.G. Voetová: Biochemie, Victoria Publishing, Praha, 1994.

• D.Voet, J.G. Voet: Biochemistry, Wiley, 2004.

• J.McMurry: Organická chemie, VŠCHT Praha, 2015. překlad 8.vydání

• N.D.Ridgway, R.S.McLeod: Biochemistry of lipids, lipoproteins and membranes, Elsevier, Amsterdam, 2016.

• D.M.Owen: Methods in Molecular Biology 1232, Methods in membrane Lipids, Springer Protocols, Humana Press, New York, 2015. 2. vydání

Sylabus -
Poslední úprava: RNDr. Kateřina Hofbauerová, Ph.D. (30.09.2019)

1.A Základní pojmy model fluidní mosaiky (Singer & Nicholson) klasifikace buněčných membrán podle organel přehled fyzikálních metod studia biomembrán - mrazové leptání rozdíly v chemickém složení biomembrán různého původu, transversální a laterální asymetrie.

1.B Membránové lipidy klasifikace membránových lipidů, jejich chemická struktura.

2.A Základní pojmy termodynamiky enthalpie, Gibbsova volná energie, chemický potenciál, van't Hoffova enthalpie (viz fázové přechody).

2.B Struktura vody a hydrofóbní efekt vodíkové můstky v kapalné vodě, podstata hydrofóbního jevu, škála hydrofobicity (alkany/alkeny), effekt iontové síly.

2.C Agregáty membránových lipidů/lipidový polymorfismus rentgenová strukturní analýza/důkaz polymorfismu lipidová dvojvrstva/orientace lipidů v dvojvrstvě struktura nehydratovaných krystalů - La , Lb , Lb' fáze lamelární a hexagonální fáze detekce HII fáze pomocí 31P NMR detekce HII fáze pomocí elektronové mikroskopie.

2.D Termodynamické aspekty tvorby lipidových agregátů rozpustnost uhlovodíků ve vodě, kritická micelární koncentrace nelamelární agregáty - role nelamelárních struktur v biomembránách vztah mezi mechanickými parametry membrán a chemickým potenciálem lipidů v agregátech geometrické aspekty tvorby agregátů různého typu.

3.A Fázové přechody v agregátech lipidů termotropní a lyotropní fázové přechody trans-gauche isomerizace/geometrické důsledky diferenciální skanovací mikrokalorimetrie teplota fázového přechodu Tm, Tc teplotní průběh DG, DH, cp vliv polárních hlaviček a délky acylových řetězců na Tm vliv pH a iontové síly na Tm kooperativnost fázových přechodů a její příčiny van't Hoffova enthalpie jako míra kooperativnosti vliv cholesterolu a membránových bílkovin na fázové přechody La-HII přechody segregace gelových a kapalně krystalických domén v lipidových membránách.

4.A Modely biologických membrán monovrstvy, diagramy p(povrchový tlak) vs A(plocha povrchu) LB (Langmuir-Blodgetové) filmy na pevné podložce dvojvrstvy - BLM liposomy - klasifikace podle velikosti, způsoby jejich přípravy, možnosti využití.

5.A Membránové proteiny alfa-helix, beta-skládaný list stabilizující interakce terciálních struktur kyselé, basické, polární a nepolární postranní řetězce klasifikace proteinů dle vazby na membránu (7 způsobů).

5.B Purifikace membránových proteinů a stanovení jejich struktury metody purifikace detergenty (HLB škála) SDS - PAGE gelová filtrace spektroskopické metody studia struktury proteinů krystalizace proteinů a RTG analýza proteinů škála hydrofobicity postranních řetězců, index hydropathie.

5.C Příklady struktury membránových proteinů fotosyntetické reakční centrum bakteriorodopsin.

5.D Syntéza membránových proteinů v ER signální peptid signal-recognition particle stop-transfer peptid.

6.A Fluidita biomembrán jaké formy pohybu lipidů zahrnuje pojem fluidity metody studia fluidity spinové EPR sondy (detekce flip-flop) D-NMR, parametr uspořádanosti měření laterální a rotační difuse proteinů a lipidů, FRAP excimerové sondy role cytoskeletu/Saffman-Delbröckův model laterální difuze membránových bílkovin depolarizace fluorescence, stacionární depolarizace, časově rozlišená depolarizace DPH jako fluorescenční sonda pro měření uspořádanosti lipidové dvojvrstvy.

7.A Vztah mezi fluiditou a funkcí membrán Jaký je poměr mezi plochou zaujímanou proteiny a plochou zaujímanou lipidy v membránách? Potřebují proteiny ke své funkci lipidy? beta-hydroxypuryvát dehydrogenása puryvát oxidáza Ca2+ ATP-áza Na+/K+ ATP-áza konformační přizpůsobení vliv fázové separace cytoskelet homeoviskosní adaptace.

8.A Membránový potenciál membránový potenciál jako zdroj energie (protonový gradient) pasivní difuse iontů přes membránu iontová permeabilita - Bornův model vztah mezi Dy a DQ (tj. efekt nabíjení membránového kondenzátoru) vnitřní dipólový potenciál povrchový potenciál (teorie Gouy-Chapmanova) povrchové pH vs objemové pH media.

8.B Donnanova rovnováha (Donnanův potenciál) Nernst-Donnanův potenciál Gibbs-Donnanova rovnováha elektrická dvojvrstva (Debyeova tloušťka).

8.C Rovnážný potenciál - steady state rovnost toku náboje Nernstova-Planckova rovnice Goldmanova rovnice Hodgkin-Horowitzova rovnice.

8.D Metody měření membránového potenciálu měření pomocí mikroelektrod měření pomocí radioaktivních hydrofóbních iontů fluorescenční sondy redistribuční a elektrochromní kalibrace membránového potenciálu pomocí valinomycinu.

9. Iontové kanály póry transportéry (přenašeče) symport a antiport (viz Gennis str. 302) pumpy, konkrétně Na+/K+ ATP-áza hydratační energie Eisenmannova teorie iontové selektivity kanály řízené elektrickým polem kanály chemicky regulované amfotericin B.

10. Fúze membrán způsoby navození fúze mechanismus fúze.

11.Zachycení a přenos chemických signálů Co jsou signální molekuly a jak jsou distribuovány? Lokální mediátory, neurotransmitery, hormony. autokrinnní signály gap junction třídění povrchových receptorů receptory G-proteinů, G-proteiny kinázy cAMP jako druhý posel Ca2+ jako druhý posel inositolová signální dráha calmodulin.oteinů a lipidů, FRAP excimerové sondy role cytoskeletu/Saffman-Delbröckův model laterální difuze membránových bílkovin depolarizace fluorescence, stacionární depolarizace, časově rozlišená depolarizace DPH jako fluorescenční sonda pro měření uspořádanosti lipidové dvojvrstvy.

 
Univerzita Karlova | Informační systém UK