Logo ČVUT
ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE
STUDIJNÍ PLÁNY
2018/2019

Biologické membrány - struktura, funkce a metody studia

Předmět není vypsán Nerozvrhuje se
Kód Zakončení Kredity Rozsah Jazyk výuky
17PMP2BLM KZ 2 2+0 česky
Přednášející:
Cvičící:
Předmět zajišťuje:
katedra přírodovědných oborů
Anotace:

Biologické membrány patří mezi hlavní stavební prvky buňky. Coby rozhraní mezi buňkou a jejím okolím a mezi jednotlivými organelami a zbytkem buňky jsou mimo jiné nutné k udržení stabilního prostředí v buňce a elektrochemických gradientů klíčových pro energetiku buňky a přenos signálů. Současný výzkum odhaluje komplexitu regulace složení a fyzikálních vlastností biologických membrán a jejich vliv na další buněčné procesy. Na druhou stranu, strukturním základem biologických membrán je samouspořádaná lipidová dvojvrstva, kterou je možné velmi snadno uměle připravit a jež je dobře popsána fyzikálně chemickými modely. Mnohé poznatky o biologických membránách je tak možné odvodit ze studia jednoduchých modelových systémů dobře charakterizovatelných řadou fyzikálních technik. S pokrokem v experimentálních technikách je možné provádět stále více měření v reálných biologických systémech a jejich konfrontací s experimenty na modelových systémech získat hlubší porozumění vlastnostem biologických membrán. Studium biologických membrán proto představuje velmi rozsáhlou a dynamickou oblast biofyzikálního výzkumu.

Požadavky:

Písemný test doplněný v případě sporného výsledku ústní diskusí.

Osnova přednášek:

1.Role membrán v buňce, vývoj představ o struktuře biologických membrán (model fluidní mozaiky, hypotéza raftů), základní typy membránových lipidů (fosfolipidy, sfingolipidy,

steroly), jejich chemická struktura a vlastnosti, transversální a laterální asymetrie membrán.

2.Termodynamické aspekty stability supramolekulárních struktur, vodíkové můstky a uspořádání molekul vody v kapalné fázy, podstata hydrofobního jevu, škála hydrofobicity.

3.Rozpustnost lipidů ve vodě, kritická micelární koncentrace a tvorba lipidových agregátů, micely a nelamelární agregáty, lipidové monovrstvy a dvojvrstvy, role geometrie

lipidových molekul.

4.Struktura lipidové dvojvrstvy a metody jejího studia, fázové přechody v lipidových dvojvrstvách, vliv polárních hlaviček a nepolárních řetězců na teplotu fázového přechodu.

5.Uspořádanost lipidů v dvojvrstvě a metody jejího studia (EPR a spinové sondy, anisotropie fluorescence a fluorescenční sondy), vliv sterolů na uspořádanost dvojvrstvy a

fázové přechody, segregace fází a fázový diagram.

6.Umělé modely biologických membrán a jejich příprava, lipidové monovrstvy (Langmuirovy-Blodgettové filmy), černé lipidové membrány, lipidové dvojvrstvy na pevných

podkladech, liposomy, membránové disky.

7.Membránové proteiny a jejich strukturní motivy, transmembránové a periferní proteiny, izolace membránových proteinů a jejich rekonstituce do modelových membrán.

8.Fluidita biologických membrán a její význam, rotační, laterální a transversální difúze, laterální difúze membránových lipidů a proteinů a její teoretický popis (Saffmanův-Delbrückův

model), dvourozměrné náhodné procházky, difúze v nehomogenním prostředí (přechodné pasti a polopropustné bariéry).

9.Metrody studia laterální difúze molekul v membránách, sledování difůze jednotlivých molekul, fluorescenční korelační spektropie, FRAP, NMR.

10.Membránově aktivní peptidy, antimikrobiální peptidy a jejich působení na membrány, tvorba pórů a permeabilizace membrán, studium permeabilizace membrán, fúze membrán.

11.Transport molekul přes membránu, pasivní a aktivní transport, iontové kanály a pumpy (symport a antiport), Na+/K+ ATP-áza, protonové gradienty coby zdroj energie.

12.Elektrochemická rovnováha na membránách, propustnost membrány pro ionty, povrchový potenciál membrány, Donnanova rovnováha.

13.Membránový potenciál a metody jeho měření, rovnovážný potenciál (Nernstova-Planckova rovnice, Goldmanova rovnice), měření pomocí mikroelektrod a fluorescenčních sond.

14.Přenos signálů přes membránu, membránové receptory a signální kaskády, receptory G-proteinů, aktuální témata v biofyzice membrán.

Osnova cvičení:
Cíle studia:

Studenti získají přehled o významu a uspořádání biologických membrána a jejich fyzikálních vlastnostech. Dále se dozví o hlavních tématech v jejich biofyzikálním výzkumu a spektroskopických a elektrochemických metodách studia buněčných membrán a jejich umělých modelů. To pomůže studentům orientovat se v relevantní odborné literatuře a případně se aktivně zapojit do výzkumu v laboratořích věnujících se dané problematice.

Studijní materiály:

Povinná literatura:

[1]W. Stillwell. An Introduction to Biological Membranes, Elsevier, San Diego, 2013.

[2]E. Heinz. Electrical Potentials in Biological Membrane Transport, Springer, Berlin, 1981.

Doporučená literatura:

[1]R.B. Gennis. Biomembranes - Molecular Structure and Function, Springer, New York, 1989.

[2]W.A. Cramer, D.B. Knaff. Energy Transduction in Biological Membranes - A Textbook of Bioenergetics, Springer, New York, 1990.

[3]M. Luckey. Membrane Structural Biology with Biochemical and Biophysical Foundations, 2nd ed., Cambridge University Press, Cambridge, 2014.

Poznámka:
Další informace:
Pro tento předmět se rozvrh nepřipravuje
Předmět je součástí následujících studijních plánů:
Platnost dat k 23. 5. 2019
Aktualizace výše uvedených informací naleznete na adrese http://bilakniha.cvut.cz/cs/predmet4727706.html