- ข้อความ
- ประวัติศาสตร์
1.1 Biological background1.1.1 The
1.1 Biological background
1.1.1 The biological membranes and lipid bilayers
The cell membrane is the basic structural part of the cell that encapsulates its contents
and defines the intra- and extra- cellular space. It provides the integrity of the cell
structure, preventing contents of the cell from leaking out, it regulates the transport
of molecules across the cell (ions, nutrients etc.) and maintains the cell potential. Furthermore,
the cell membrane serves as a protective barrier, which prevents transport
of undesired molecules and pathogens into the cell. Molecular recognition mechanisms
at the membrane surface, which allow the cell to detect a pathogen, also play an
important role in cell signalling, and other forms of cell-cell interactions.
The most accepted representation of biological membranes, which was introduced by
Singer and Nicolson in 1972, is the fluid mosaic model (Figure 1.1) [1]. In this description,
a membrane is composed mainly of lipids and proteins that form a thin (from
6 nm to 10 nm width) bilayer film with membrane proteins either embedded in this
structure or located at the surface of the membrane. Cell membranes consisting of
several layers of this type are also possible. Other components of the cell membrane
may include cholesterol, sugars and other organic species. The membrane structure is
highly flexible and allows the lateral diffusion of both proteins and lipids.
Figure 1.1: The fluid mosaic model. The membrane is composed of a bilayer structure,
integral and peripheral proteins and several other organic molecules. The membrane proteins
and the lipids are free to diffuse laterally in the bilayer. The figure was adapted from
Encyclopedia Britannica web page [2].
1.1. Biological background 3
Although most of the specific membrane functions (such as regulated ion conduction,
molecular recognition, signalling etc.) are performed by membrane proteins, a number
of membrane properties (such as mechanical elasticity, defects formation, phase
behaviour and passive transport) are defined by the lipid bilayer. As a cell membrane
is difficult to obtain in its full complexity in vitro, a lipid bilayer often serves as a model
cell membrane in the studies of various membrane properties and functions.
Let us review the key characteristics of lipid bilayers, which one can view as cell membranes,
with membrane proteins and other biomolecules that are usually incorporated
in them removed. Even in this reduced form the lipid bilayer is a complex structure.
Membrane lipids are small amphipathic molecules, made of two major components:
fatty acids and a phosphate group. The fatty acids are the hydrophobic tails and the
phosphates are the polar head-groups of the lipids. There are several different types of
lipids including phosphatidyleserine (PS), phosphatidylglycerol (PG), phosphatidylcholine
(PC) and phosphatidylethanolamine (PE). In the case of PS and PG lipids the
head-group is negatively charged.
Due to this amphipathic nature, lipids are able to spontaneously form lamellar structures,
such as lipid bilayers, at specific environmental conditions and lipid-water compositions.
Other than lipid bilayers, lipids can form micelles or vesicles. In Figure 1.2,
I present a phase diagram of the lipid phase transitions. In this study we are interested
in lipid bilayers.
The lipid tails of the lipid bilayer are normally highly fluid. In the liquid crystal state,
the lipid tails are disordered and in constant motion. At lower temperature, the lipid
bilayer undergoes transition to a crystalline state in which fatty acid tails are fully
extended, packing is highly ordered, and the van der Waals interactions between adjacent
chains are maximal. Different types of lipid bilayers have different transition
temperatures. For example, a DPPC lipid bilayer has a transition temperature of 325
K whereas DOPC has a transition temperature of 300 K.
In the fluid state, the hydrophobic core of the lipid bilayer is about 3-4 nm thick, depending
on the type of lipids it has. Other key characteristics of a lipid bilayer include
the area per lipid and the order parameters of the lipid configuration. These two characteristics
are often used to compare simulation results with experiments. For exam-
1.1. Biological background 4
Figure 1.2: Lipid phase diagram. The figure was adapted from [3].
ple, a DOPC lipid bilayer has an area per lipid of 72.2 A˚
2
[4] and this value can be used
to validate a force field or as a point of reference for a simulation result. The order
parameter is a measure of ordering of the lipids. It can indicate possible structural
deformations of a lipid bilayer and thus it constitutes an important characteristic.
The composition of real cell membranes is complex, but quite often, at least as a starting
point, in membrane studies and membrane-protein studies, a model system of a
bilayer consisting of one specific lipid (usually DOPC and DPPC) is employed. A similar
approach will be adopted here.
1.1.2 Peptides
A peptide is composed of amino acids. In general, there are 20 different amino acids
commonly found in peptides and proteins. Each of them is formed by an amino group,
a carboxyl group, a central CH group (the carbon of this central CH group is usually
called α-carbon or Cα) and a specific side chain (Figure A.1, Appendix A). The
sequence of Cα atoms connected through covalent peptide bonds, including the Nterminus
(free NH2 initial group) and C-terminus (free COOH final group) is called
the peptide backbone. It is the main structural part of the peptide that determines
its overall geometric properties. The side-chains of a peptide define its physical and
1.1. Biological background 5
chemical properties.
The structure of a peptide or a protein can be described at different levels (Figure A.2,
Appendix A). The primary structure of the peptide describes the actual sequence of
amino acids, or residues, within the peptide. The term secondary structure refers to the
geometry or conformational behaviour of this primary sequence. A disordered peptide
chain is often called a random coil. However, many peptides have well-defined
three-dimensional secondary structure. Three of the most frequently occurring structures
are the α-helix, the β-sheet and β-turns. In a larger protein, the three dimensional
arrangement, or packing of secondary units, is characterized by the tertiary structure,
whereas assemblies of several proteins are classified as quaternary structures.
A common secondary structural motif in biologically active peptides is the amphipathic
α-helix. An α-helix is formed when a chain of amino acids twists around itself
in a well-ordered way (Figure 1.3(a)). This helical structure is stabilized by a network
of backbone hydrogen bonds between the backbone carbonyl oxygen of residue i and
the amide proton of residue i+4, with the side groups of the amino acid residues protruding
outward from the helical backbone. The rise along the helical axis for every
two successive α-carbons is 1.5 A and the respective rotation is about 100 degrees. ˚
Moreover, each helical turn extends for about 5.4 A along the long axis of the helix, ˚
resulting in 3.6 residues per turn (Figure 1.3(a)). Another important feature of an α-
helical peptide is the inherent net dipole that exists along its axis due to the synergy
of each of the small dipoles that exist in each peptide bond (Figure 1.3(b)). The helical
dipole plays an important role in pore formation and stabilization and ion transport
across membranes.
An α-helix is called amphipathic when it has both hydrophobic and hydrophilic residues
positioned along its axis. This distribution of hydrophobicity has been shown to play
an important role in the way with which the amphipathic α-helical peptides interact
with the biological membranes [6]. Amphipathic α-helices are the peptides of interest
in this study and more details about their function will be given in the next chapters.
1.2. Peptide-membrane interactions 6
(a) Ball-and-stick representation of an α-helix. (b) Helix dipole.
Figure 1.3: The α-helix. (a) Ball-and-stick representation of an α-helix, showing the
hydrogen bonds between the ith and ith + 4 residues. (b) A helical dipole is created by the
transmission of the electric dipole of the peptide bonds along the helical axis. The figure
has been adapted from [5].
1.2 Peptide-membrane interactions
Peptide-membrane interactions are at the heart of a number of important biological
processes. For example, antimicrobial peptides are a family of peptides with a particular
propensity to recognize and disintegrate bacterial pathogens. A number of these
peptides have been identified as key components of the natural immune defence system
[7]. A related family of peptides is the so-called cell-penetrating peptides (CPPs)
capable of efficient translocation through the cell membrane, either by themselves or
together with a molecular cargo [8]. These peptides are being explored as potential
programmable drug delivery vectors. As a part of larger proteins, ion-conducting
channel peptides form well-organized transmembrane bundles capable of selective
transport of ions. Other peptides are believed to play a key role in mediation of various
1.2. Peptide-membrane interactions 7
complex cellular processes, such as membrane fusion. It is clear that a better understanding
of peptide-membrane interactions on molecular level not only is important
in the elucidation of various biological processes, but also could be instrumental in
designing peptides with tailored functionalities, for example, for antibiotic and drug
delivery applications.
Peptide-membrane interactions are complex and beautifully diverse phenomena. Depending
on their composition, charge, and structure different peptides evoke different
interaction mechanisms with the membrane. Here, I present some of the most commonly
seen scenarios in the studies of peptide-membrane interactions. In this analysi
1.1.1 The biological membranes and lipid bilayers
The cell membrane is the basic structural part of the cell that encapsulates its contents
and defines the intra- and extra- cellular space. It provides the integrity of the cell
structure, preventing contents of the cell from leaking out, it regulates the transport
of molecules across the cell (ions, nutrients etc.) and maintains the cell potential. Furthermore,
the cell membrane serves as a protective barrier, which prevents transport
of undesired molecules and pathogens into the cell. Molecular recognition mechanisms
at the membrane surface, which allow the cell to detect a pathogen, also play an
important role in cell signalling, and other forms of cell-cell interactions.
The most accepted representation of biological membranes, which was introduced by
Singer and Nicolson in 1972, is the fluid mosaic model (Figure 1.1) [1]. In this description,
a membrane is composed mainly of lipids and proteins that form a thin (from
6 nm to 10 nm width) bilayer film with membrane proteins either embedded in this
structure or located at the surface of the membrane. Cell membranes consisting of
several layers of this type are also possible. Other components of the cell membrane
may include cholesterol, sugars and other organic species. The membrane structure is
highly flexible and allows the lateral diffusion of both proteins and lipids.
Figure 1.1: The fluid mosaic model. The membrane is composed of a bilayer structure,
integral and peripheral proteins and several other organic molecules. The membrane proteins
and the lipids are free to diffuse laterally in the bilayer. The figure was adapted from
Encyclopedia Britannica web page [2].
1.1. Biological background 3
Although most of the specific membrane functions (such as regulated ion conduction,
molecular recognition, signalling etc.) are performed by membrane proteins, a number
of membrane properties (such as mechanical elasticity, defects formation, phase
behaviour and passive transport) are defined by the lipid bilayer. As a cell membrane
is difficult to obtain in its full complexity in vitro, a lipid bilayer often serves as a model
cell membrane in the studies of various membrane properties and functions.
Let us review the key characteristics of lipid bilayers, which one can view as cell membranes,
with membrane proteins and other biomolecules that are usually incorporated
in them removed. Even in this reduced form the lipid bilayer is a complex structure.
Membrane lipids are small amphipathic molecules, made of two major components:
fatty acids and a phosphate group. The fatty acids are the hydrophobic tails and the
phosphates are the polar head-groups of the lipids. There are several different types of
lipids including phosphatidyleserine (PS), phosphatidylglycerol (PG), phosphatidylcholine
(PC) and phosphatidylethanolamine (PE). In the case of PS and PG lipids the
head-group is negatively charged.
Due to this amphipathic nature, lipids are able to spontaneously form lamellar structures,
such as lipid bilayers, at specific environmental conditions and lipid-water compositions.
Other than lipid bilayers, lipids can form micelles or vesicles. In Figure 1.2,
I present a phase diagram of the lipid phase transitions. In this study we are interested
in lipid bilayers.
The lipid tails of the lipid bilayer are normally highly fluid. In the liquid crystal state,
the lipid tails are disordered and in constant motion. At lower temperature, the lipid
bilayer undergoes transition to a crystalline state in which fatty acid tails are fully
extended, packing is highly ordered, and the van der Waals interactions between adjacent
chains are maximal. Different types of lipid bilayers have different transition
temperatures. For example, a DPPC lipid bilayer has a transition temperature of 325
K whereas DOPC has a transition temperature of 300 K.
In the fluid state, the hydrophobic core of the lipid bilayer is about 3-4 nm thick, depending
on the type of lipids it has. Other key characteristics of a lipid bilayer include
the area per lipid and the order parameters of the lipid configuration. These two characteristics
are often used to compare simulation results with experiments. For exam-
1.1. Biological background 4
Figure 1.2: Lipid phase diagram. The figure was adapted from [3].
ple, a DOPC lipid bilayer has an area per lipid of 72.2 A˚
2
[4] and this value can be used
to validate a force field or as a point of reference for a simulation result. The order
parameter is a measure of ordering of the lipids. It can indicate possible structural
deformations of a lipid bilayer and thus it constitutes an important characteristic.
The composition of real cell membranes is complex, but quite often, at least as a starting
point, in membrane studies and membrane-protein studies, a model system of a
bilayer consisting of one specific lipid (usually DOPC and DPPC) is employed. A similar
approach will be adopted here.
1.1.2 Peptides
A peptide is composed of amino acids. In general, there are 20 different amino acids
commonly found in peptides and proteins. Each of them is formed by an amino group,
a carboxyl group, a central CH group (the carbon of this central CH group is usually
called α-carbon or Cα) and a specific side chain (Figure A.1, Appendix A). The
sequence of Cα atoms connected through covalent peptide bonds, including the Nterminus
(free NH2 initial group) and C-terminus (free COOH final group) is called
the peptide backbone. It is the main structural part of the peptide that determines
its overall geometric properties. The side-chains of a peptide define its physical and
1.1. Biological background 5
chemical properties.
The structure of a peptide or a protein can be described at different levels (Figure A.2,
Appendix A). The primary structure of the peptide describes the actual sequence of
amino acids, or residues, within the peptide. The term secondary structure refers to the
geometry or conformational behaviour of this primary sequence. A disordered peptide
chain is often called a random coil. However, many peptides have well-defined
three-dimensional secondary structure. Three of the most frequently occurring structures
are the α-helix, the β-sheet and β-turns. In a larger protein, the three dimensional
arrangement, or packing of secondary units, is characterized by the tertiary structure,
whereas assemblies of several proteins are classified as quaternary structures.
A common secondary structural motif in biologically active peptides is the amphipathic
α-helix. An α-helix is formed when a chain of amino acids twists around itself
in a well-ordered way (Figure 1.3(a)). This helical structure is stabilized by a network
of backbone hydrogen bonds between the backbone carbonyl oxygen of residue i and
the amide proton of residue i+4, with the side groups of the amino acid residues protruding
outward from the helical backbone. The rise along the helical axis for every
two successive α-carbons is 1.5 A and the respective rotation is about 100 degrees. ˚
Moreover, each helical turn extends for about 5.4 A along the long axis of the helix, ˚
resulting in 3.6 residues per turn (Figure 1.3(a)). Another important feature of an α-
helical peptide is the inherent net dipole that exists along its axis due to the synergy
of each of the small dipoles that exist in each peptide bond (Figure 1.3(b)). The helical
dipole plays an important role in pore formation and stabilization and ion transport
across membranes.
An α-helix is called amphipathic when it has both hydrophobic and hydrophilic residues
positioned along its axis. This distribution of hydrophobicity has been shown to play
an important role in the way with which the amphipathic α-helical peptides interact
with the biological membranes [6]. Amphipathic α-helices are the peptides of interest
in this study and more details about their function will be given in the next chapters.
1.2. Peptide-membrane interactions 6
(a) Ball-and-stick representation of an α-helix. (b) Helix dipole.
Figure 1.3: The α-helix. (a) Ball-and-stick representation of an α-helix, showing the
hydrogen bonds between the ith and ith + 4 residues. (b) A helical dipole is created by the
transmission of the electric dipole of the peptide bonds along the helical axis. The figure
has been adapted from [5].
1.2 Peptide-membrane interactions
Peptide-membrane interactions are at the heart of a number of important biological
processes. For example, antimicrobial peptides are a family of peptides with a particular
propensity to recognize and disintegrate bacterial pathogens. A number of these
peptides have been identified as key components of the natural immune defence system
[7]. A related family of peptides is the so-called cell-penetrating peptides (CPPs)
capable of efficient translocation through the cell membrane, either by themselves or
together with a molecular cargo [8]. These peptides are being explored as potential
programmable drug delivery vectors. As a part of larger proteins, ion-conducting
channel peptides form well-organized transmembrane bundles capable of selective
transport of ions. Other peptides are believed to play a key role in mediation of various
1.2. Peptide-membrane interactions 7
complex cellular processes, such as membrane fusion. It is clear that a better understanding
of peptide-membrane interactions on molecular level not only is important
in the elucidation of various biological processes, but also could be instrumental in
designing peptides with tailored functionalities, for example, for antibiotic and drug
delivery applications.
Peptide-membrane interactions are complex and beautifully diverse phenomena. Depending
on their composition, charge, and structure different peptides evoke different
interaction mechanisms with the membrane. Here, I present some of the most commonly
seen scenarios in the studies of peptide-membrane interactions. In this analysi
0/5000
1.1 พื้นหลังชีวภาพ1.1.1 การสารชีวภาพและไขมัน bilayersเยื่อหุ้มเซลล์เป็นส่วนโครงสร้างพื้นฐานของเซลล์ซึ่งสรุปเนื้อหาและกำหนดพื้นที่ภายใน - และเสริมมือถือ มีความสมบูรณ์ของเซลล์โครงสร้าง การป้องกันเนื้อหาของเซลล์ที่รั่วไหลออก กำหนดขนส่งของโมเลกุลในเซลล์ (ประจุ สารอาหารฯลฯ) และรักษาเซลล์ที่อาจเกิดขึ้น นอกจากนี้เยื่อหุ้มเซลล์ทำหน้าที่เป็นปราการป้องกัน ที่ป้องกันการขนส่งโมเลกุลไม่และโรคลงในเซลล์ กลไกการรับรู้โมเลกุลที่พื้นผิวเมมเบรน ซึ่งช่วยให้เซลล์เพื่อตรวจสอบการศึกษา ยังเล่นตัวบทบาทที่สำคัญในเซลล์แดง และรูปแบบอื่น ๆ ของการโต้ตอบของเซลล์เซลล์การนำเสนอสารชีวภาพ ซึ่งถูกนำมาใช้โดยการยอมรับมากที่สุดนักร้องและ Nicolson ใน เป็นแบบ fluid mosaic (รูป 1.1) [1] ในคำอธิบายนี้เยื่อประกอบด้วยส่วนใหญ่ของโครงการและโปรตีนที่บาง (จาก6 นาโนเมตรความกว้าง 10 nm) ฟิล์ม bilayer กับเมมเบรนโปรตีนหรือฝังอยู่ในนี้โครงสร้าง หรืออยู่ที่ผิวของเยื่อ เยื่อหุ้มเซลล์ประกอบด้วยหลายชั้นชนิดนี้ก็ได้ ส่วนประกอบอื่น ๆ ของเยื่อเซลล์อาจมีไขมัน น้ำตาล และอื่น ๆ ชนิดอินทรีย์ มีโครงสร้างเมมเบรนมีความยืดหยุ่นสูง และช่วยให้แพร่ด้านข้างของโปรตีนและโครงการรูปที่ 1.1: fluid mosaic แบบ เยื่อประกอบด้วยโครงสร้าง bilayerโปรตีนที่สำคัญ และอุปกรณ์ต่อพ่วงและหลายโมเลกุลอินทรีย์อื่น ๆ โปรตีนเมมเบรนและโครงการมีการกระจายแบบสมมาตรใน bilayer รูปถูกดัดแปลงจากสารานุกรม Britannica เว็บหน้า [2]1.1. ชีวภาพพื้น 3แม้ว่าส่วนใหญ่ของเมมเบรนเฉพาะงาน (เช่นการนำไอออนควบคุมโมเลกุลรับรู้ แดงฯลฯ) ดำเนินการ โดยโปรตีนเมมเบรน ตัวเลขคุณสมบัติของเมมเบรน (เช่นความยืดหยุ่นเครื่องจักรกล ข้อบกพร่องก่อ ระยะพฤติกรรมและการขนส่ง passive) ถูกกำหนด โดย bilayer กระบวนการ เป็นเยื่อเซลล์ยากที่จะได้รับในความซับซ้อนของเต็มรูปแบบในการเพาะเลี้ยง bilayer ไขมันมักจะทำหน้าที่เป็นแบบจำลองเยื่อหุ้มเซลล์ในการศึกษาคุณสมบัติของเมมเบรนและฟังก์ชันต่าง ๆขอให้เราทบทวนลักษณะสำคัญของไขมัน bilayers ที่หนึ่งสามารถดูเป็นเยื่อหุ้มเซลล์มีเมมเบรนโปรตีนชื่อโมเลกุลชีวภาพอื่น ๆ ที่มักจะรวมในเอาออก ในแบบฟอร์มนี้ลด bilayer ไขมันเป็นโครงสร้างซับซ้อนโครงการเมมเบรนเป็น amphipathic เล็ก ๆ โมเลกุล ทำคอมโพเนนต์หลักที่สอง:กรดไขมันและกลุ่มฟอสเฟต กรดไขมันมีหาง hydrophobic และฟอสเฟตมีหัวโพลาร์กลุ่มของโครงการ มีหลายชนิดโครงการรวมทั้ง phosphatidyleserine (PS), phosphatidylglycerol (PG), สำคัญ(PC) และ phosphatidylethanolamine (PE) ในกรณีของโครงการ PS และ PGหัวหน้ากลุ่มส่งคิดจากธรรมชาตินี้ amphipathic โครงการจะทหลายแบบฟอร์ม lamellar โครงสร้างเช่น bilayers ไขมัน สภาพแวดล้อมเฉพาะและไขมันน้ำองค์ไม่ใช่ไขมัน bilayers โครงการสามารถฟอร์ม micelles หรืออสุจิ ในรูป 1.2ฉันแสดงไดอะแกรมขั้นตอนในกระบวนการขั้นตอนการเปลี่ยนภาพ ในการศึกษานี้ เราสนใจในไขมัน bilayersหางไขมันของ bilayer ไขมันสูงปกติของเหลวได้ ในสถานะผลึกเหลวมี disordered หางระดับไขมันในเลือดและ ในการเคลื่อนไหวคง อุณหภูมิต่ำ ไขมันbilayer ผ่านการเปลี่ยนแปลงสถานะผลึกซึ่งกรดไขมันจะเต็มขยาย บันทึกคำสั่ง และการโต้ตอบของ van der Waals ระหว่างติดโซ่กำลังสูงสุด Bilayers ไขมันชนิดต่าง ๆ มีการเปลี่ยนแปลงแตกต่างกันอุณหภูมิ ตัวอย่าง bilayer กระบวนการ DPPC มีไข้เปลี่ยน 325K ในขณะที่ DOPC มีอุณหภูมิช่วงการเปลี่ยนภาพของคุณ 300ในสถานะของเหลว หลัก hydrophobic ของ bilayer ไขมันกำลัง nm 3-4 หนา ขึ้นอยู่กับชนิดของโครงการที่มี อื่น ๆ ลักษณะสำคัญของ bilayer ไขมันรวมตั้งต่อพารามิเตอร์ใบสั่งของการกำหนดค่าระดับไขมันในเลือดและระดับไขมันในเลือด ลักษณะเหล่านี้สองมักใช้เพื่อเปรียบเทียบผลการจำลองการทดลอง สำหรับการสอบ1.1. ชีวภาพพื้นหลัง 4รูปที่ 1.2: ไขมันเฟสไดอะแกรม รูปถูกดัดแปลงจาก [3]เปิ้ล bilayer ไขมัน DOPC มีต่อไขมัน 72.2 A˚2[4] และสามารถใช้ค่านี้การตรวจสอบกองทัพ หรือ เป็นจุดอ้างอิงสำหรับผลการจำลอง ใบสั่งพารามิเตอร์คือ การวัดในการสั่งซื้อของโครงการ มันสามารถระบุโครงสร้างที่เป็นไปได้deformations bilayer ไขมันและดังนั้นจึงถือเป็นลักษณะสำคัญส่วนประกอบของเยื่อหุ้มเซลล์จริงที่มีความซับซ้อน แต่ค่อนข้าง บ่อย น้อยเป็นการเริ่มต้นจุด ในการศึกษาเมมเบรนและศึกษาโปรตีนเมมเบรน แบบจำลองระบบการbilayer ประกอบด้วยกระบวนการหนึ่ง (มักจะ DOPC และ DPPC) เป็นลูกจ้าง ความคล้ายคลึงกันจะนำวิธีการที่นี่1.1.2 เปปไทด์เพปไทด์ประกอบด้วยกรดอะมิโน ทั่วไป มี 20 กรดอะมิโนที่แตกต่างกันโดยทั่วไปพบในเปปไทด์และโปรตีน แต่ละของพวกเขาจะเกิดขึ้น โดยมีกลุ่มอะมิโนกลุ่ม carboxyl กลุ่ม CH กลาง (คาร์บอนกลุ่มนี้ CH กลางเป็นปกติเรียกว่าคาร์บอนด้วยกองทัพหรือ Cα) และกลุ่มเฉพาะด้าน (รูป A.1 ภาคผนวก A) ที่ลำดับของการเชื่อมต่อผ่านพันธบัตรเพปไทด์ covalent รวมถึง Nterminus อะตอม Cα(ฟรี NH2 เริ่มต้นกลุ่ม) และเรียกว่า C-นัส (ฟรี COOH สุดท้ายกลุ่ม)แกนหลักของเพปไทด์ เป็นส่วนประกอบโครงสร้างหลักของเพปไทด์ที่กำหนดคุณสมบัติโดยรวมรูปทรงเรขาคณิต โซ่ข้างของเพปไทด์กำหนดเป็นจริง และ1.1. ชีวภาพพื้นหลัง 5คุณสมบัติทางเคมีThe structure of a peptide or a protein can be described at different levels (Figure A.2,Appendix A). The primary structure of the peptide describes the actual sequence ofamino acids, or residues, within the peptide. The term secondary structure refers to thegeometry or conformational behaviour of this primary sequence. A disordered peptidechain is often called a random coil. However, many peptides have well-definedthree-dimensional secondary structure. Three of the most frequently occurring structuresare the α-helix, the β-sheet and β-turns. In a larger protein, the three dimensionalarrangement, or packing of secondary units, is characterized by the tertiary structure,whereas assemblies of several proteins are classified as quaternary structures.A common secondary structural motif in biologically active peptides is the amphipathicα-helix. An α-helix is formed when a chain of amino acids twists around itselfin a well-ordered way (Figure 1.3(a)). This helical structure is stabilized by a networkof backbone hydrogen bonds between the backbone carbonyl oxygen of residue i andthe amide proton of residue i+4, with the side groups of the amino acid residues protrudingoutward from the helical backbone. The rise along the helical axis for everytwo successive α-carbons is 1.5 A and the respective rotation is about 100 degrees. ˚Moreover, each helical turn extends for about 5.4 A along the long axis of the helix, ˚resulting in 3.6 residues per turn (Figure 1.3(a)). Another important feature of an α-helical peptide is the inherent net dipole that exists along its axis due to the synergyof each of the small dipoles that exist in each peptide bond (Figure 1.3(b)). The helicaldipole plays an important role in pore formation and stabilization and ion transportacross membranes.An α-helix is called amphipathic when it has both hydrophobic and hydrophilic residuespositioned along its axis. This distribution of hydrophobicity has been shown to playan important role in the way with which the amphipathic α-helical peptides interactwith the biological membranes [6]. Amphipathic α-helices are the peptides of interestin this study and more details about their function will be given in the next chapters.1.2. Peptide-membrane interactions 6(a) Ball-and-stick representation of an α-helix. (b) Helix dipole.Figure 1.3: The α-helix. (a) Ball-and-stick representation of an α-helix, showing thehydrogen bonds between the ith and ith + 4 residues. (b) A helical dipole is created by thetransmission of the electric dipole of the peptide bonds along the helical axis. The figurehas been adapted from [5].1.2 Peptide-membrane interactionsPeptide-membrane interactions are at the heart of a number of important biologicalprocesses. For example, antimicrobial peptides are a family of peptides with a particularpropensity to recognize and disintegrate bacterial pathogens. A number of thesepeptides have been identified as key components of the natural immune defence system[7]. A related family of peptides is the so-called cell-penetrating peptides (CPPs)capable of efficient translocation through the cell membrane, either by themselves ortogether with a molecular cargo [8]. These peptides are being explored as potentialprogrammable drug delivery vectors. As a part of larger proteins, ion-conductingchannel peptides form well-organized transmembrane bundles capable of selectivetransport of ions. Other peptides are believed to play a key role in mediation of various1.2. Peptide-membrane interactions 7complex cellular processes, such as membrane fusion. It is clear that a better understandingof peptide-membrane interactions on molecular level not only is importantin the elucidation of various biological processes, but also could be instrumental indesigning peptides with tailored functionalities, for example, for antibiotic and drugdelivery applications.Peptide-membrane interactions are complex and beautifully diverse phenomena. Dependingon their composition, charge, and structure different peptides evoke differentinteraction mechanisms with the membrane. Here, I present some of the most commonlyseen scenarios in the studies of peptide-membrane interactions. In this analysi
การแปล กรุณารอสักครู่..
1.1 พื้นหลังทางชีวภาพ
1.1.1 เยื่อชีวภาพและไขมัน bilayers
เยื่อหุ้มเซลล์เป็นส่วนหนึ่งของโครงสร้างพื้นฐานของเซลล์ที่ห่อหุ้มเนื้อหาและกำหนด intra- และ extra- พื้นที่โทรศัพท์มือถือ มันมีความสมบูรณ์ของเซลล์โครงสร้างป้องกันเนื้อหาของเซลล์จากการรั่วไหลออกก็ควบคุมการขนส่งของโมเลกุลทั่วเซลล์(ไอออนสารอาหาร ฯลฯ ) และรักษาเซลล์ที่มีศักยภาพ นอกจากนี้เยื่อหุ้มเซลล์ทำหน้าที่เป็นเกราะป้องกันซึ่งจะช่วยป้องกันการขนส่งของโมเลกุลที่ไม่พึงประสงค์และเชื้อโรคเข้าไปในเซลล์ กลไกการได้รับการยอมรับในระดับโมเลกุลที่พื้นผิวเมมเบรนซึ่งจะช่วยให้เซลล์เพื่อตรวจหาการติดเชื้อยังเล่นบทบาทสำคัญในการส่งสัญญาณมือถือและรูปแบบอื่นๆ ของการสื่อสารของเซลล์เซลล์. การแสดงได้รับการยอมรับมากที่สุดของเยื่อชีวภาพซึ่งได้รับการแนะนำให้รู้จักกับนักร้องและนัก Nicolson ในปี 1972 เป็นรูปแบบโมเสคของเหลว (รูปที่ 1.1) [1] ในคำอธิบายนี้, เมมเบรนประกอบด้วยส่วนใหญ่ของไขมันและโปรตีนที่รูปแบบบาง (จาก6 นาโนเมตรความกว้าง 10 นาโนเมตร) ภาพยนตร์ bilayer ที่มีโปรตีนอย่างใดอย่างหนึ่งที่ฝังอยู่ในนี้โครงสร้างหรือการตั้งอยู่ที่พื้นผิวของเมมเบรน เยื่อหุ้มเซลล์ที่ประกอบด้วยหลายชั้นของประเภทนี้ยังเป็นไปได้ องค์ประกอบอื่นของเยื่อหุ้มเซลล์อาจรวมถึงคอเลสเตอรอลน้ำตาลและสายพันธุ์อินทรีย์อื่น ๆ โครงสร้างเมมเบรนที่ได้คือมีความยืดหยุ่นสูงและช่วยให้การแพร่กระจายด้านข้างทั้งสองของโปรตีนและไขมัน. รูปที่ 1.1: รูปแบบโมเสคของเหลว เมมเบรนจะประกอบด้วยโครงสร้าง bilayer, โปรตีนหนึ่งและอุปกรณ์ต่อพ่วงและอีกหลายโมเลกุลของสารอินทรีย์อื่น ๆ เมมเบรนโปรตีนและไขมันมีอิสระในการกระจายขวางใน bilayer รูปที่ได้รับการดัดแปลงมาจากวิกิพีเดียสารานุกรมหน้าเว็บ [2]. 1.1 พื้นหลังทางชีวภาพ 3 แม้ว่าส่วนใหญ่ของฟังก์ชั่นเมมเบรนที่เฉพาะเจาะจง (เช่นการนำไอออนควบคุมได้รับการยอมรับในระดับโมเลกุลส่งสัญญาณอื่นๆ ) จะดำเนินการโดยโปรตีนเป็นจำนวนของคุณสมบัติเมมเบรน(เช่นความยืดหยุ่นกลข้อบกพร่องก่อเฟสพฤติกรรมและการขนส่งเรื่อย ๆ ) ถูกกำหนดโดยไขมัน bilayer ในฐานะที่เป็นเยื่อหุ้มเซลล์เป็นเรื่องยากที่จะได้รับในความซับซ้อนอย่างเต็มรูปแบบในหลอดทดลองที่มีไขมัน bilayer มักจะทำหน้าที่เป็นรูปแบบเยื่อหุ้มเซลล์ในการศึกษาของคุณสมบัติเยื่อต่างๆและฟังก์ชั่น. ขอให้เราตรวจสอบลักษณะที่สำคัญของ bilayers ไขมันที่หนึ่งที่สามารถดูเป็น เยื่อหุ้มเซลล์ที่มีโปรตีนและสารชีวโมเลกุลอื่นๆ ที่มักจะมีการรวบรวมไว้ในพวกเขาเอาออก แม้จะอยู่ในรูปแบบนี้ลดไขมัน bilayer เป็นโครงสร้างที่ซับซ้อน. ไขมันเมมเบรนที่มีโมเลกุลขนาดเล็ก amphipathic ทำจากสองส่วนหลัก: กรดไขมันกลุ่มฟอสเฟต กรดไขมันที่เป็นหางน้ำและฟอสเฟตเป็นขั้วหัวกลุ่มของไขมัน มีหลายประเภทที่แตกต่างกันของการมีไขมันรวมทั้ง phosphatidyleserine (PS), phosphatidylglycerol (PG) phosphatidylcholine (PC) และ phosphatidylethanolamine (PE) ในกรณีของไขมันและ PS PG ที่หัวกลุ่มประจุลบ. นี้เนื่องจากธรรมชาติ amphipathic ไขมันสามารถที่จะเป็นธรรมชาติในรูปแบบโครงสร้าง lamellar, เช่น bilayers ไขมันในสภาพแวดล้อมที่เฉพาะเจาะจงและองค์ประกอบของไขมันน้ำ. อื่น ๆ กว่า bilayers ไขมัน ไขมันสามารถสร้าง micelles หรือถุง ในรูปที่ 1.2 ผมนำเสนอแผนภาพขั้นตอนของการเปลี่ยนเฟสไขมัน ในการศึกษานี้เรามีความสนใจใน bilayers ไขมัน. หางของไขมันไขมัน bilayer เป็นปกติของเหลวสูง ในรัฐผลึกเหลวหางไขมันเป็นระเบียบและในการเคลื่อนไหวอย่างต่อเนื่อง ที่อุณหภูมิต่ำกว่าไขมันbilayer ผ่านการเปลี่ยนแปลงไปยังรัฐผลึกที่หางกรดไขมันอย่างเต็มที่ขยายเป็นคำสั่งการบรรจุสูงและแวนเดอร์Waals ปฏิสัมพันธ์ระหว่างที่อยู่ติดกันโซ่เป็นสูงสุด รูปแบบต่างๆของ bilayers ไขมันมีการเปลี่ยนแปลงที่แตกต่างกันอุณหภูมิ ยกตัวอย่างเช่นไขมัน bilayer DPPC มีการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ 325 K ในขณะที่ DOPC มีการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ 300 เคในสถานะของเหลวน้ำหลักของไขมันbilayer คือประมาณ 3-4 นาโนเมตรหนาขึ้นอยู่กับชนิดของไขมันมันมี. ลักษณะสำคัญอื่น ๆ ของไขมัน bilayer รวมพื้นที่ต่อไขมันและพารามิเตอร์การตั้งค่าคำสั่งของไขมันที่ ทั้งสองลักษณะนี้มักจะใช้ในการเปรียบเทียบผลการจำลองการทดลองกับ สำหรับ exam- 1.1 พื้นหลังทางชีวภาพ 4 รูปที่ 1.2: แผนภาพเฟสไขมัน รูปที่ได้รับการดัดแปลงมาจาก [3]. เปิ้ลเป็นไขมัน bilayer DOPC มีพื้นที่ต่อไขมันของ 72.2 2 [4] และความคุ้มค่านี้สามารถนำมาใช้ในการตรวจสอบสนามพลังหรือเป็นจุดอ้างอิงสำหรับผลการจำลองเป็น ลำดับพารามิเตอร์เป็นตัวชี้วัดของการสั่งซื้อของไขมันที่ มันสามารถบ่งบอกถึงโครงสร้างที่เป็นไปได้รูปร่างของไขมัน bilayer และดังนั้นจึงถือว่าเป็นลักษณะที่สำคัญ. องค์ประกอบของเยื่อหุ้มเซลล์จริงมีความซับซ้อน แต่ค่อนข้างบ่อยอย่างน้อยเริ่มต้นที่จุดในการศึกษาเมมเบรนและการศึกษาเมมเบรนโปรตีนระบบรูปแบบของbilayer ประกอบด้วยหนึ่งไขมันเฉพาะ (ปกติ DOPC และ DPPC) เป็นลูกจ้าง ที่คล้ายกันวิธีการที่จะถูกนำมาที่นี่. 1.1.2 เปปไทด์เปปไทด์จะประกอบด้วยกรดอะมิโน โดยทั่วไปมี 20 กรดอะมิโนที่แตกต่างกันที่พบบ่อยในเปปไทด์และโปรตีน แต่ละคนจะเกิดขึ้นโดยกลุ่มอะมิโนกลุ่ม carboxyl เป็นกลุ่ม CH กลาง (คาร์บอนของกลุ่ม CH กลางนี้มักจะเรียกว่าαคาร์บอนหรือCα) และห่วงโซ่ด้านที่เฉพาะเจาะจง (รูปที่ A.1, ภาคผนวก A) ลำดับของอะตอมCαเชื่อมต่อผ่านพันธบัตรเปปไทด์โควาเลนต์รวมทั้ง Nterminus (ฟรีกลุ่มแรก NH2) และ C-ปลายทาง (ฟรี COOH กลุ่มสุดท้าย) เรียกว่ากระดูกสันหลังเปปไทด์ มันเป็นส่วนหนึ่งของโครงสร้างหลักของเปปไทด์ที่กำหนดคุณสมบัติทางเรขาคณิตโดยรวม ด้านเครือข่ายของเปปไทด์กำหนดทางกายภาพและที่1.1 พื้นหลังทางชีวภาพ 5 คุณสมบัติทางเคมี. โครงสร้างของเปปไทด์หรือโปรตีนที่สามารถอธิบายได้ในระดับที่แตกต่างกัน (รูป A.2, ภาคผนวก A) โครงสร้างหลักของเปปไทด์อธิบายถึงลำดับที่แท้จริงของกรดอะมิโนหรือสารตกค้างภายในเปปไทด์ คำโครงสร้างทุติยภูมิหมายถึงรูปทรงเรขาคณิตหรือพฤติกรรมโครงสร้างของลำดับหลักนี้ เปปไทด์เป็นระเบียบห่วงโซ่มักจะเรียกว่าขดลวดแบบสุ่ม แต่มีหลายคนที่เปปไทด์ที่ดีที่กำหนดสามมิติโครงสร้างทุติยภูมิ สามของโครงสร้างที่เกิดขึ้นบ่อยที่สุดเป็นα-เกลียวที่βแผ่นและβ-เปลี่ยน ในโปรตีนที่มีขนาดใหญ่สามมิติการจัดหรือบรรจุหน่วยรองที่โดดเด่นด้วยโครงสร้างระดับอุดมศึกษา, ในขณะที่ส่วนประกอบของโปรตีนหลายจะจัดเป็นโครงสร้างสี่. แม่ลายโครงสร้างที่พบบ่อยรองในเปปไทด์ชีวภาพเป็น amphipathic α-เกลียว α-เกลียวจะเกิดขึ้นเมื่อมีการห่วงโซ่ของกรดอะมิโนบิดรอบตัวเองในทางที่ดีสั่งซื้อ (รูปที่ 1.3 (ก)) โครงสร้างขดลวดจะมีความเสถียรโดยเครือข่ายของพันธบัตรกระดูกสันหลังระหว่างไฮโดรเจนออกซิเจนนิลหัวใจของฉันที่เหลือและโปรตอนเอไมด์ตกค้างi + 4 โดยมีกลุ่มด้านข้างของกรดอะมิโนยื่นออกมาออกมาจากกระดูกสันหลังขดลวด เพิ่มขึ้นตามแนวแกนขดลวดสำหรับทุกสองก๊อบปี้α-ต่อเนื่องเป็น 1.5 และการหมุนนั้นเป็นเรื่องเกี่ยวกับ 100 องศา ˚นอกจากนี้การเปิดแต่ละขดลวดขยายประมาณ 5.4 ไปตามแนวยาวของเกลียว, ˚ผลใน3.6 ตกค้างเทิร์นละ (รูปที่ 1.3 (ก)) อีกคุณสมบัติสำคัญของα-เปปไทด์ขดลวดเป็นขั้วสุทธิโดยธรรมชาติที่มีอยู่ตามแนวแกนเนื่องจากการทำงานร่วมกันของแต่ละไดโพลขนาดเล็กที่มีอยู่ในแต่ละพันธะเปปไทด์(รูปที่ 1.3 (ข)) ขดลวดขั้วมีบทบาทสำคัญในการสร้างรูขุมขนและรักษาเสถียรภาพและการขนส่งไอออนผ่านเยื่อหุ้ม. α-เกลียวเรียกว่า amphipathic เมื่อมันมีทั้งสารตกค้างไม่ชอบน้ำและน้ำในตำแหน่งที่พร้อมแกนของมัน การกระจายของ hydrophobicity นี้ได้รับการแสดงที่จะเล่นบทบาทสำคัญในวิธีการที่มีที่amphipathic เปปไทด์α-ลานโต้ตอบกับเยื่อชีวภาพ[6] amphipathic-αเอนริเก้เป็นเปปไทด์ที่น่าสนใจในการศึกษานี้และรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับการทำงานของพวกเขาจะได้รับในบทต่อไป. 1.2 ปฏิสัมพันธ์เพปไทด์เมมเบรนที่ 6 (ก) การเป็นตัวแทนลูกและติดของα-เกลียว (ข) ขั้วเกลียว. รูปที่ 1.3 การα-เกลียว (ก) การเป็นตัวแทนลูกและติดของα-เกลียวแสดงพันธะไฮโดรเจนระหว่างith และ ith +4 ตกค้าง (ข) ขั้วขดลวดจะถูกสร้างขึ้นโดยการส่งของขั้วไฟฟ้าของพันธบัตรเปปไทด์ตามแนวแกนขดลวด รูปที่ได้รับการดัดแปลงมาจาก [5]. 1.2 ปฏิสัมพันธ์เพปไทด์เมมเบรนมีปฏิสัมพันธ์เพปไทด์เมมเบรนที่เป็นหัวใจของจำนวนทางชีวภาพที่สำคัญกระบวนการ ยกตัวอย่างเช่นเปปไทด์ต้านจุลชีพเป็นครอบครัวของเปปไทด์ที่มีโดยเฉพาะอย่างยิ่งแนวโน้มที่จะรับรู้และสลายแบคทีเรีย จำนวนเหล่านี้เปปไทด์ที่ได้รับการระบุว่าเป็นส่วนประกอบที่สำคัญของระบบการป้องกันภูมิคุ้มกันตามธรรมชาติ[7] ครอบครัวที่เกี่ยวข้องกับเปปไทด์เป็นสิ่งที่เรียกว่าเปปไทด์เซลล์เจาะ (พร้อมด้วยต้นทุน) ความสามารถในการโยกย้ายที่มีประสิทธิภาพผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ทั้งด้วยตนเองหรือร่วมกับการขนส่งสินค้าทางโมเลกุล [8] เปปไทด์เหล่านี้มีการสำรวจศักยภาพพาหะนำส่งยาโปรแกรม เป็นส่วนหนึ่งของโปรตีนขนาดใหญ่, การทำไอออนเปปไทด์ในรูปแบบช่องทางที่ดีที่จัดรวมกลุ่มรนความสามารถในการเลือกการขนส่งของไอออน เปปไทด์อื่น ๆ เชื่อว่าจะมีบทบาทสำคัญในการไกล่เกลี่ยของต่างๆ1.2 ปฏิสัมพันธ์เพปไทด์เมมเบรนที่ 7 เซลล์กระบวนการที่ซับซ้อนเช่นฟิวชั่นเมมเบรน เป็นที่ชัดเจนว่ามีความเข้าใจที่ดีขึ้นของการมีปฏิสัมพันธ์เปปไทด์เมมเบรนในระดับโมเลกุลไม่เพียงแต่เป็นสิ่งสำคัญในการชี้แจงของกระบวนการทางชีวภาพต่างๆ แต่ยังสามารถเป็นเครื่องมือในการออกแบบเปปไทด์ที่มีฟังก์ชันการทำงานที่เหมาะสำหรับตัวอย่างเช่นสำหรับยาปฏิชีวนะและยาเสพติดการใช้งานการส่งมอบ. เปปไทด์ ปฏิสัมพันธ์ -membrane เป็นปรากฏการณ์ที่ซับซ้อนและมีความหลากหลายอย่างสวยงาม ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของพวกเขาค่าใช้จ่ายและเปปไทด์ที่แตกต่างกันทำให้เกิดโครงสร้างที่แตกต่างกันกลไกการมีปฏิสัมพันธ์กับเมมเบรน ที่นี่ผมนำเสนอบางส่วนของมากที่สุดในสถานการณ์ที่เห็นในการศึกษาของการมีปฏิสัมพันธ์เปปไทด์เมมเบรน ใน analysi นี้
1.1.1 เยื่อชีวภาพและไขมัน bilayers
เยื่อหุ้มเซลล์เป็นส่วนหนึ่งของโครงสร้างพื้นฐานของเซลล์ที่ห่อหุ้มเนื้อหาและกำหนด intra- และ extra- พื้นที่โทรศัพท์มือถือ มันมีความสมบูรณ์ของเซลล์โครงสร้างป้องกันเนื้อหาของเซลล์จากการรั่วไหลออกก็ควบคุมการขนส่งของโมเลกุลทั่วเซลล์(ไอออนสารอาหาร ฯลฯ ) และรักษาเซลล์ที่มีศักยภาพ นอกจากนี้เยื่อหุ้มเซลล์ทำหน้าที่เป็นเกราะป้องกันซึ่งจะช่วยป้องกันการขนส่งของโมเลกุลที่ไม่พึงประสงค์และเชื้อโรคเข้าไปในเซลล์ กลไกการได้รับการยอมรับในระดับโมเลกุลที่พื้นผิวเมมเบรนซึ่งจะช่วยให้เซลล์เพื่อตรวจหาการติดเชื้อยังเล่นบทบาทสำคัญในการส่งสัญญาณมือถือและรูปแบบอื่นๆ ของการสื่อสารของเซลล์เซลล์. การแสดงได้รับการยอมรับมากที่สุดของเยื่อชีวภาพซึ่งได้รับการแนะนำให้รู้จักกับนักร้องและนัก Nicolson ในปี 1972 เป็นรูปแบบโมเสคของเหลว (รูปที่ 1.1) [1] ในคำอธิบายนี้, เมมเบรนประกอบด้วยส่วนใหญ่ของไขมันและโปรตีนที่รูปแบบบาง (จาก6 นาโนเมตรความกว้าง 10 นาโนเมตร) ภาพยนตร์ bilayer ที่มีโปรตีนอย่างใดอย่างหนึ่งที่ฝังอยู่ในนี้โครงสร้างหรือการตั้งอยู่ที่พื้นผิวของเมมเบรน เยื่อหุ้มเซลล์ที่ประกอบด้วยหลายชั้นของประเภทนี้ยังเป็นไปได้ องค์ประกอบอื่นของเยื่อหุ้มเซลล์อาจรวมถึงคอเลสเตอรอลน้ำตาลและสายพันธุ์อินทรีย์อื่น ๆ โครงสร้างเมมเบรนที่ได้คือมีความยืดหยุ่นสูงและช่วยให้การแพร่กระจายด้านข้างทั้งสองของโปรตีนและไขมัน. รูปที่ 1.1: รูปแบบโมเสคของเหลว เมมเบรนจะประกอบด้วยโครงสร้าง bilayer, โปรตีนหนึ่งและอุปกรณ์ต่อพ่วงและอีกหลายโมเลกุลของสารอินทรีย์อื่น ๆ เมมเบรนโปรตีนและไขมันมีอิสระในการกระจายขวางใน bilayer รูปที่ได้รับการดัดแปลงมาจากวิกิพีเดียสารานุกรมหน้าเว็บ [2]. 1.1 พื้นหลังทางชีวภาพ 3 แม้ว่าส่วนใหญ่ของฟังก์ชั่นเมมเบรนที่เฉพาะเจาะจง (เช่นการนำไอออนควบคุมได้รับการยอมรับในระดับโมเลกุลส่งสัญญาณอื่นๆ ) จะดำเนินการโดยโปรตีนเป็นจำนวนของคุณสมบัติเมมเบรน(เช่นความยืดหยุ่นกลข้อบกพร่องก่อเฟสพฤติกรรมและการขนส่งเรื่อย ๆ ) ถูกกำหนดโดยไขมัน bilayer ในฐานะที่เป็นเยื่อหุ้มเซลล์เป็นเรื่องยากที่จะได้รับในความซับซ้อนอย่างเต็มรูปแบบในหลอดทดลองที่มีไขมัน bilayer มักจะทำหน้าที่เป็นรูปแบบเยื่อหุ้มเซลล์ในการศึกษาของคุณสมบัติเยื่อต่างๆและฟังก์ชั่น. ขอให้เราตรวจสอบลักษณะที่สำคัญของ bilayers ไขมันที่หนึ่งที่สามารถดูเป็น เยื่อหุ้มเซลล์ที่มีโปรตีนและสารชีวโมเลกุลอื่นๆ ที่มักจะมีการรวบรวมไว้ในพวกเขาเอาออก แม้จะอยู่ในรูปแบบนี้ลดไขมัน bilayer เป็นโครงสร้างที่ซับซ้อน. ไขมันเมมเบรนที่มีโมเลกุลขนาดเล็ก amphipathic ทำจากสองส่วนหลัก: กรดไขมันกลุ่มฟอสเฟต กรดไขมันที่เป็นหางน้ำและฟอสเฟตเป็นขั้วหัวกลุ่มของไขมัน มีหลายประเภทที่แตกต่างกันของการมีไขมันรวมทั้ง phosphatidyleserine (PS), phosphatidylglycerol (PG) phosphatidylcholine (PC) และ phosphatidylethanolamine (PE) ในกรณีของไขมันและ PS PG ที่หัวกลุ่มประจุลบ. นี้เนื่องจากธรรมชาติ amphipathic ไขมันสามารถที่จะเป็นธรรมชาติในรูปแบบโครงสร้าง lamellar, เช่น bilayers ไขมันในสภาพแวดล้อมที่เฉพาะเจาะจงและองค์ประกอบของไขมันน้ำ. อื่น ๆ กว่า bilayers ไขมัน ไขมันสามารถสร้าง micelles หรือถุง ในรูปที่ 1.2 ผมนำเสนอแผนภาพขั้นตอนของการเปลี่ยนเฟสไขมัน ในการศึกษานี้เรามีความสนใจใน bilayers ไขมัน. หางของไขมันไขมัน bilayer เป็นปกติของเหลวสูง ในรัฐผลึกเหลวหางไขมันเป็นระเบียบและในการเคลื่อนไหวอย่างต่อเนื่อง ที่อุณหภูมิต่ำกว่าไขมันbilayer ผ่านการเปลี่ยนแปลงไปยังรัฐผลึกที่หางกรดไขมันอย่างเต็มที่ขยายเป็นคำสั่งการบรรจุสูงและแวนเดอร์Waals ปฏิสัมพันธ์ระหว่างที่อยู่ติดกันโซ่เป็นสูงสุด รูปแบบต่างๆของ bilayers ไขมันมีการเปลี่ยนแปลงที่แตกต่างกันอุณหภูมิ ยกตัวอย่างเช่นไขมัน bilayer DPPC มีการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ 325 K ในขณะที่ DOPC มีการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ 300 เคในสถานะของเหลวน้ำหลักของไขมันbilayer คือประมาณ 3-4 นาโนเมตรหนาขึ้นอยู่กับชนิดของไขมันมันมี. ลักษณะสำคัญอื่น ๆ ของไขมัน bilayer รวมพื้นที่ต่อไขมันและพารามิเตอร์การตั้งค่าคำสั่งของไขมันที่ ทั้งสองลักษณะนี้มักจะใช้ในการเปรียบเทียบผลการจำลองการทดลองกับ สำหรับ exam- 1.1 พื้นหลังทางชีวภาพ 4 รูปที่ 1.2: แผนภาพเฟสไขมัน รูปที่ได้รับการดัดแปลงมาจาก [3]. เปิ้ลเป็นไขมัน bilayer DOPC มีพื้นที่ต่อไขมันของ 72.2 2 [4] และความคุ้มค่านี้สามารถนำมาใช้ในการตรวจสอบสนามพลังหรือเป็นจุดอ้างอิงสำหรับผลการจำลองเป็น ลำดับพารามิเตอร์เป็นตัวชี้วัดของการสั่งซื้อของไขมันที่ มันสามารถบ่งบอกถึงโครงสร้างที่เป็นไปได้รูปร่างของไขมัน bilayer และดังนั้นจึงถือว่าเป็นลักษณะที่สำคัญ. องค์ประกอบของเยื่อหุ้มเซลล์จริงมีความซับซ้อน แต่ค่อนข้างบ่อยอย่างน้อยเริ่มต้นที่จุดในการศึกษาเมมเบรนและการศึกษาเมมเบรนโปรตีนระบบรูปแบบของbilayer ประกอบด้วยหนึ่งไขมันเฉพาะ (ปกติ DOPC และ DPPC) เป็นลูกจ้าง ที่คล้ายกันวิธีการที่จะถูกนำมาที่นี่. 1.1.2 เปปไทด์เปปไทด์จะประกอบด้วยกรดอะมิโน โดยทั่วไปมี 20 กรดอะมิโนที่แตกต่างกันที่พบบ่อยในเปปไทด์และโปรตีน แต่ละคนจะเกิดขึ้นโดยกลุ่มอะมิโนกลุ่ม carboxyl เป็นกลุ่ม CH กลาง (คาร์บอนของกลุ่ม CH กลางนี้มักจะเรียกว่าαคาร์บอนหรือCα) และห่วงโซ่ด้านที่เฉพาะเจาะจง (รูปที่ A.1, ภาคผนวก A) ลำดับของอะตอมCαเชื่อมต่อผ่านพันธบัตรเปปไทด์โควาเลนต์รวมทั้ง Nterminus (ฟรีกลุ่มแรก NH2) และ C-ปลายทาง (ฟรี COOH กลุ่มสุดท้าย) เรียกว่ากระดูกสันหลังเปปไทด์ มันเป็นส่วนหนึ่งของโครงสร้างหลักของเปปไทด์ที่กำหนดคุณสมบัติทางเรขาคณิตโดยรวม ด้านเครือข่ายของเปปไทด์กำหนดทางกายภาพและที่1.1 พื้นหลังทางชีวภาพ 5 คุณสมบัติทางเคมี. โครงสร้างของเปปไทด์หรือโปรตีนที่สามารถอธิบายได้ในระดับที่แตกต่างกัน (รูป A.2, ภาคผนวก A) โครงสร้างหลักของเปปไทด์อธิบายถึงลำดับที่แท้จริงของกรดอะมิโนหรือสารตกค้างภายในเปปไทด์ คำโครงสร้างทุติยภูมิหมายถึงรูปทรงเรขาคณิตหรือพฤติกรรมโครงสร้างของลำดับหลักนี้ เปปไทด์เป็นระเบียบห่วงโซ่มักจะเรียกว่าขดลวดแบบสุ่ม แต่มีหลายคนที่เปปไทด์ที่ดีที่กำหนดสามมิติโครงสร้างทุติยภูมิ สามของโครงสร้างที่เกิดขึ้นบ่อยที่สุดเป็นα-เกลียวที่βแผ่นและβ-เปลี่ยน ในโปรตีนที่มีขนาดใหญ่สามมิติการจัดหรือบรรจุหน่วยรองที่โดดเด่นด้วยโครงสร้างระดับอุดมศึกษา, ในขณะที่ส่วนประกอบของโปรตีนหลายจะจัดเป็นโครงสร้างสี่. แม่ลายโครงสร้างที่พบบ่อยรองในเปปไทด์ชีวภาพเป็น amphipathic α-เกลียว α-เกลียวจะเกิดขึ้นเมื่อมีการห่วงโซ่ของกรดอะมิโนบิดรอบตัวเองในทางที่ดีสั่งซื้อ (รูปที่ 1.3 (ก)) โครงสร้างขดลวดจะมีความเสถียรโดยเครือข่ายของพันธบัตรกระดูกสันหลังระหว่างไฮโดรเจนออกซิเจนนิลหัวใจของฉันที่เหลือและโปรตอนเอไมด์ตกค้างi + 4 โดยมีกลุ่มด้านข้างของกรดอะมิโนยื่นออกมาออกมาจากกระดูกสันหลังขดลวด เพิ่มขึ้นตามแนวแกนขดลวดสำหรับทุกสองก๊อบปี้α-ต่อเนื่องเป็น 1.5 และการหมุนนั้นเป็นเรื่องเกี่ยวกับ 100 องศา ˚นอกจากนี้การเปิดแต่ละขดลวดขยายประมาณ 5.4 ไปตามแนวยาวของเกลียว, ˚ผลใน3.6 ตกค้างเทิร์นละ (รูปที่ 1.3 (ก)) อีกคุณสมบัติสำคัญของα-เปปไทด์ขดลวดเป็นขั้วสุทธิโดยธรรมชาติที่มีอยู่ตามแนวแกนเนื่องจากการทำงานร่วมกันของแต่ละไดโพลขนาดเล็กที่มีอยู่ในแต่ละพันธะเปปไทด์(รูปที่ 1.3 (ข)) ขดลวดขั้วมีบทบาทสำคัญในการสร้างรูขุมขนและรักษาเสถียรภาพและการขนส่งไอออนผ่านเยื่อหุ้ม. α-เกลียวเรียกว่า amphipathic เมื่อมันมีทั้งสารตกค้างไม่ชอบน้ำและน้ำในตำแหน่งที่พร้อมแกนของมัน การกระจายของ hydrophobicity นี้ได้รับการแสดงที่จะเล่นบทบาทสำคัญในวิธีการที่มีที่amphipathic เปปไทด์α-ลานโต้ตอบกับเยื่อชีวภาพ[6] amphipathic-αเอนริเก้เป็นเปปไทด์ที่น่าสนใจในการศึกษานี้และรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับการทำงานของพวกเขาจะได้รับในบทต่อไป. 1.2 ปฏิสัมพันธ์เพปไทด์เมมเบรนที่ 6 (ก) การเป็นตัวแทนลูกและติดของα-เกลียว (ข) ขั้วเกลียว. รูปที่ 1.3 การα-เกลียว (ก) การเป็นตัวแทนลูกและติดของα-เกลียวแสดงพันธะไฮโดรเจนระหว่างith และ ith +4 ตกค้าง (ข) ขั้วขดลวดจะถูกสร้างขึ้นโดยการส่งของขั้วไฟฟ้าของพันธบัตรเปปไทด์ตามแนวแกนขดลวด รูปที่ได้รับการดัดแปลงมาจาก [5]. 1.2 ปฏิสัมพันธ์เพปไทด์เมมเบรนมีปฏิสัมพันธ์เพปไทด์เมมเบรนที่เป็นหัวใจของจำนวนทางชีวภาพที่สำคัญกระบวนการ ยกตัวอย่างเช่นเปปไทด์ต้านจุลชีพเป็นครอบครัวของเปปไทด์ที่มีโดยเฉพาะอย่างยิ่งแนวโน้มที่จะรับรู้และสลายแบคทีเรีย จำนวนเหล่านี้เปปไทด์ที่ได้รับการระบุว่าเป็นส่วนประกอบที่สำคัญของระบบการป้องกันภูมิคุ้มกันตามธรรมชาติ[7] ครอบครัวที่เกี่ยวข้องกับเปปไทด์เป็นสิ่งที่เรียกว่าเปปไทด์เซลล์เจาะ (พร้อมด้วยต้นทุน) ความสามารถในการโยกย้ายที่มีประสิทธิภาพผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ทั้งด้วยตนเองหรือร่วมกับการขนส่งสินค้าทางโมเลกุล [8] เปปไทด์เหล่านี้มีการสำรวจศักยภาพพาหะนำส่งยาโปรแกรม เป็นส่วนหนึ่งของโปรตีนขนาดใหญ่, การทำไอออนเปปไทด์ในรูปแบบช่องทางที่ดีที่จัดรวมกลุ่มรนความสามารถในการเลือกการขนส่งของไอออน เปปไทด์อื่น ๆ เชื่อว่าจะมีบทบาทสำคัญในการไกล่เกลี่ยของต่างๆ1.2 ปฏิสัมพันธ์เพปไทด์เมมเบรนที่ 7 เซลล์กระบวนการที่ซับซ้อนเช่นฟิวชั่นเมมเบรน เป็นที่ชัดเจนว่ามีความเข้าใจที่ดีขึ้นของการมีปฏิสัมพันธ์เปปไทด์เมมเบรนในระดับโมเลกุลไม่เพียงแต่เป็นสิ่งสำคัญในการชี้แจงของกระบวนการทางชีวภาพต่างๆ แต่ยังสามารถเป็นเครื่องมือในการออกแบบเปปไทด์ที่มีฟังก์ชันการทำงานที่เหมาะสำหรับตัวอย่างเช่นสำหรับยาปฏิชีวนะและยาเสพติดการใช้งานการส่งมอบ. เปปไทด์ ปฏิสัมพันธ์ -membrane เป็นปรากฏการณ์ที่ซับซ้อนและมีความหลากหลายอย่างสวยงาม ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของพวกเขาค่าใช้จ่ายและเปปไทด์ที่แตกต่างกันทำให้เกิดโครงสร้างที่แตกต่างกันกลไกการมีปฏิสัมพันธ์กับเมมเบรน ที่นี่ผมนำเสนอบางส่วนของมากที่สุดในสถานการณ์ที่เห็นในการศึกษาของการมีปฏิสัมพันธ์เปปไทด์เมมเบรน ใน analysi นี้
การแปล กรุณารอสักครู่..
1.1 ภูมิหลังทางชีวภาพ
1.1.1 เยื่อชีวภาพและลิพิดสองชั้น
เยื่อหุ้มเซลล์เป็นส่วนโครงสร้างพื้นฐานของเซลล์ที่ encapsulates เนื้อหา
และกำหนดพื้นที่ภายในและเซลล์พิเศษ - มันมีความสมบูรณ์ของโครงสร้างเซลล์
, ป้องกันเนื้อหาของเซลล์ไม่ให้รั่วไหลออกไป มันควบคุมการขนส่ง
โมเลกุลข้ามเซลล์ ( ไอออน รัง ฯลฯ) และรักษาเซลล์ที่มีศักยภาพ นอกจากนี้
เยื่อหุ้มเซลล์ทำหน้าที่เป็นเกราะป้องกันที่ป้องกันไม่ให้โมเลกุลขนส่ง
ไม่ต้องการและเชื้อโรคในเซลล์ กลไกระดับโมเลกุลการรับรู้
ที่พื้นผิวเมมเบรน ซึ่งช่วยให้เซลล์ไปตรวจหาเชื้อโรค ยังเล่นเป็นบทบาทสำคัญในการส่งสัญญาณของเซลล์ และรูปแบบอื่น ๆของ astrocytoma
การโต้ตอบส่วนใหญ่ยอมรับการเป็นตัวแทนของเมมเบรนทางชีวภาพซึ่งเป็นที่รู้จักโดย
นักร้องและนิโคลสันใน 1972 , รูปแบบโมเสคของเหลว ( รูปที่ 1.1 ) [ 1 ] ในการอธิบายนี้
เยื่อหุ้มเซลล์ประกอบด้วยส่วนใหญ่ของไขมันและโปรตีนที่เป็นบาง (
6 nm 10 nm กว้าง ) โดยใช้ฟิล์มด้วยเมมเบรนโปรตีนให้ฝังตัวอยู่ในโครงสร้างนี้
หรืออยู่ที่ผิวของเยื่อแผ่นเยื่อหุ้มเซลล์ประกอบด้วย
หลายชั้นชนิดนี้ยังเป็นไปได้ ส่วนประกอบของเยื่อหุ้มเซลล์
อาจรวมถึงคอเลสเตอรอล น้ำตาลและชนิดอินทรีย์อื่น ๆ โครงสร้างเมมเบรน
มีความยืดหยุ่นสูงและช่วยให้กระจาย ด้านข้างของทั้งโปรตีนและไขมัน .
รูปที่ 1.1 : รูปแบบโมเสคของของไหล เยื่อหุ้มประกอบด้วยโครงสร้างสองชั้น
,
1.1.1 เยื่อชีวภาพและลิพิดสองชั้น
เยื่อหุ้มเซลล์เป็นส่วนโครงสร้างพื้นฐานของเซลล์ที่ encapsulates เนื้อหา
และกำหนดพื้นที่ภายในและเซลล์พิเศษ - มันมีความสมบูรณ์ของโครงสร้างเซลล์
, ป้องกันเนื้อหาของเซลล์ไม่ให้รั่วไหลออกไป มันควบคุมการขนส่ง
โมเลกุลข้ามเซลล์ ( ไอออน รัง ฯลฯ) และรักษาเซลล์ที่มีศักยภาพ นอกจากนี้
เยื่อหุ้มเซลล์ทำหน้าที่เป็นเกราะป้องกันที่ป้องกันไม่ให้โมเลกุลขนส่ง
ไม่ต้องการและเชื้อโรคในเซลล์ กลไกระดับโมเลกุลการรับรู้
ที่พื้นผิวเมมเบรน ซึ่งช่วยให้เซลล์ไปตรวจหาเชื้อโรค ยังเล่นเป็นบทบาทสำคัญในการส่งสัญญาณของเซลล์ และรูปแบบอื่น ๆของ astrocytoma
การโต้ตอบส่วนใหญ่ยอมรับการเป็นตัวแทนของเมมเบรนทางชีวภาพซึ่งเป็นที่รู้จักโดย
นักร้องและนิโคลสันใน 1972 , รูปแบบโมเสคของเหลว ( รูปที่ 1.1 ) [ 1 ] ในการอธิบายนี้
เยื่อหุ้มเซลล์ประกอบด้วยส่วนใหญ่ของไขมันและโปรตีนที่เป็นบาง (
6 nm 10 nm กว้าง ) โดยใช้ฟิล์มด้วยเมมเบรนโปรตีนให้ฝังตัวอยู่ในโครงสร้างนี้
หรืออยู่ที่ผิวของเยื่อแผ่นเยื่อหุ้มเซลล์ประกอบด้วย
หลายชั้นชนิดนี้ยังเป็นไปได้ ส่วนประกอบของเยื่อหุ้มเซลล์
อาจรวมถึงคอเลสเตอรอล น้ำตาลและชนิดอินทรีย์อื่น ๆ โครงสร้างเมมเบรน
มีความยืดหยุ่นสูงและช่วยให้กระจาย ด้านข้างของทั้งโปรตีนและไขมัน .
รูปที่ 1.1 : รูปแบบโมเสคของของไหล เยื่อหุ้มประกอบด้วยโครงสร้างสองชั้น
,
การแปล กรุณารอสักครู่..
ภาษาอื่น ๆ
การสนับสนุนเครื่องมือแปลภาษา: กรีก, กันนาดา, กาลิเชียน, คลิงออน, คอร์สิกา, คาซัค, คาตาลัน, คินยารวันดา, คีร์กิซ, คุชราต, จอร์เจีย, จีน, จีนดั้งเดิม, ชวา, ชิเชวา, ซามัว, ซีบัวโน, ซุนดา, ซูลู, ญี่ปุ่น, ดัตช์, ตรวจหาภาษา, ตุรกี, ทมิฬ, ทาจิก, ทาทาร์, นอร์เวย์, บอสเนีย, บัลแกเรีย, บาสก์, ปัญจาป, ฝรั่งเศส, พาชตู, ฟริเชียน, ฟินแลนด์, ฟิลิปปินส์, ภาษาอินโดนีเซี, มองโกเลีย, มัลทีส, มาซีโดเนีย, มาราฐี, มาลากาซี, มาลายาลัม, มาเลย์, ม้ง, ยิดดิช, ยูเครน, รัสเซีย, ละติน, ลักเซมเบิร์ก, ลัตเวีย, ลาว, ลิทัวเนีย, สวาฮิลี, สวีเดน, สิงหล, สินธี, สเปน, สโลวัก, สโลวีเนีย, อังกฤษ, อัมฮาริก, อาร์เซอร์ไบจัน, อาร์เมเนีย, อาหรับ, อิกโบ, อิตาลี, อุยกูร์, อุสเบกิสถาน, อูรดู, ฮังการี, ฮัวซา, ฮาวาย, ฮินดี, ฮีบรู, เกลิกสกอต, เกาหลี, เขมร, เคิร์ด, เช็ก, เซอร์เบียน, เซโซโท, เดนมาร์ก, เตลูกู, เติร์กเมน, เนปาล, เบงกอล, เบลารุส, เปอร์เซีย, เมารี, เมียนมา (พม่า), เยอรมัน, เวลส์, เวียดนาม, เอสเปอแรนโต, เอสโทเนีย, เฮติครีโอล, แอฟริกา, แอลเบเนีย, โคซา, โครเอเชีย, โชนา, โซมาลี, โปรตุเกส, โปแลนด์, โยรูบา, โรมาเนีย, โอเดีย (โอริยา), ไทย, ไอซ์แลนด์, ไอร์แลนด์, การแปลภาษา.
- Working days looking for the Kingdom piy
- 多么
- Farrington and others (2012) of theUnive
- Succeed to delete.
- แต่ยุโรปมียอดขายที่เพิ่มขึ้น 5%
- ฉันนึกว่าคุณลืมฉันไปแล้ว
- Can we go to there class or something ?W
- the punch line is that we'll get blownN
- คุณให้ฉันได้ไหมที่รัก
- Cohesion and coherence are text-centered
- ติดตั้งฝ้าเพดานทั้งบนและชั้นล่าง
- อย่าทำลับหลังฉัน
- แบรนด์
- I will not say anything sweet to you.
- (Title) Manuscript Preparation Guideline
- Siam Paragon Until Oct 31: The "AIS Live
- obtainedrevealed
- The conducted experiments confirm positi
- The place to which someone or something
- ไม่เข้าใจ
- แม่เคยให้ฉันเรียนภาษาจีน
- Description of Change(Provide a complete
- Can we go to there class or something ?W
- ฉันชอบสังสรรค์
