PředmětyPředměty(verze: 945)
Předmět, akademický rok 2023/2024
   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 2020
Semestr: zimní
E-Kredity: 3
Rozsah, examinace: zimní s.:2/0, Zk [HT]
Počet míst: neomezen
Minimální obsazenost: neomezen
4EU+: ne
Virtuální mobilita / počet míst pro virtuální mobilitu: ne
Stav předmětu: vyučován
Jazyk výuky: čeština
Způsob výuky: prezenční
Způsob výuky: prezenční
Garant: RNDr. Vladimír Kopecký, Ph.D.
RNDr. Kateřina Hofbauerová, Ph.D.
RNDr. Eva Kočišová, Ph.D.
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: prof. RNDr. Marek Procházka, Ph.D. (30.04.2019)

Základy buněčné biologie - Úvod do molekulární biologie buňky, Alberts Bruce, Bray Dennis, Johnson Alexande, Lewis Julia, 2. vydání, Espero Publishing, 2005.

Biochemie, Voet Donald, Voetová Judith G., Victoria Publishing, Praha, 1994.

An Introduction to Biological Membranes, William Stillwell, 2nd Edition, Elsevier Science, 2016.

Physics of Biological Membranes, Bassereau Patricia, Sens Pierre (Eds.), Springer, 2018.

The Biophysics of Cell Membranes, Epand Richard M., Ruysschaert Jean-Marie (Eds.), Springer, 2017.

Metody výuky
Poslední úprava: RNDr. Vladimír Kopecký, Ph.D. (15.09.2021)

Přednášky budou probíhat prezenční formou. Nadále však budou k dispozici v prostředí Microsoft Teams (kód týmu: y91ww2o).

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