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].
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-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 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
,ส่วนประกอบและอุปกรณ์ต่อพ่วงที่โปรตีนและโมเลกุลอินทรีย์อื่นๆ โปรตีนเมมเบรน
และไขมันฟรีเพื่อกระจายด้านข้างในสองชั้น . รูปที่ถูกดัดแปลงมาจาก
Encyclopedia Britannica หน้าเว็บ [ 2 ] .
ถึงแม้ว่าส่วนใหญ่ของการทำงานโดยเฉพาะ ( เช่นการควบคุมไอออน , การส่งสัญญาณโมเลกุล
, ฯลฯ ) จะดำเนินการโดยเมมเบรนโปรตีน หมายเลข
คุณสมบัติของเยื่อแผ่น ( เช่นเครื่องกลความยืดหยุ่น , ข้อบกพร่องรูปแบบ พฤติกรรม และเรื่อยๆขนส่งระยะ
) ถูกกำหนดโดย bilayer ไขมัน . เป็นเซลล์เยื่อ
ยากที่จะได้รับในความซับซ้อนของมันเต็มในหลอดทดลอง , bilayer ไขมันมักจะทำหน้าที่เป็นนางแบบ
เยื่อเซลล์ในการศึกษาคุณสมบัติของเยื่อต่างๆ และ การทำงาน
ให้เราทบทวนลักษณะสำคัญของลิพิดสองชั้น ,หนึ่งที่สามารถดูเป็นเยื่อหุ้มเซลล์โปรตีนเมมเบรนและสารชีวโมเลกุลอื่นๆ
ที่มักจะรวมอยู่ในพวกเขาออก . แม้ในการฟอร์ม bilayer ไขมันเป็นโครงสร้างที่ซับซ้อน เยื่อไขมันเป็นโมเลกุลขนาดเล็ก
แอมฟิพาติก ทำให้สององค์ประกอบหลัก :
กรดไขมันและกลุ่มฟอสเฟต กรดไขมันมีหาง ) และ
ฟอสเฟตเป็นขั้วกลุ่มหัวของลิปิด มีหลายชนิดแตกต่างกันของ
ไขมันรวมทั้ง phosphatidyleserine ( PS ) , phosphatidylglycerol ( PG ) , ฟอสฟาติดิลโคลีน
( PC ) และ phosphatidylethanolamine ( PE ) ในกรณีของ PS และ PG ลิปิด
กลุ่มใหญ่เป็นประจุลบ .
เนื่องจากธรรมชาติแอมฟิพาติกนี้ ไขมันจะสามารถได้รูปแบบโครงสร้างที่ปรับปรุง
,เช่นไขมันสองชั้น ในสภาพแวดล้อมที่เฉพาะเจาะจงและไขมันน้ำองค์ประกอบ .
นอกจากไขมันสองชั้น ลิพิด สามารถสร้างไมเซลล์ หรือ เล็ก ๆ ในรูปที่ 1.2
ฉันปัจจุบันเฟสไดอะแกรมของไขมันขั้นตอนการเปลี่ยน ในการศึกษานี้เราสนใจ
ในไขมันสองชั้น .
ไขมัน bilayer ไขมันปกติหางของของเหลวสูง ในผลึกเหลวของรัฐ
ไขมันหางจะไม่เป็นระเบียบและในการเคลื่อนไหวคงที่ . ที่อุณหภูมิต่ำ ไขมัน bilayer
ทนี้เปลี่ยนผลึกในสถานะซึ่งกรดไขมันหางเต็ม
ขยายบรรจุขอสั่ง และแวนเดอร์วาลส์ปฏิสัมพันธ์ระหว่างโซ่ติดกัน
เป็นสูงสุด ประเภทที่แตกต่างกันของลิพิดสองชั้นมีอุณหภูมิเปลี่ยนแปลง
แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่นเป็น dppc bilayer ไขมันมีการเปลี่ยนอุณหภูมิ 325
K ในขณะที่ dopc มีการเปลี่ยนอุณหภูมิ 300 K .
ในสถานะของเหลว หลัก ) ของ bilayer ไขมันประมาณ 3-4 nm หนาขึ้นอยู่กับ
กับชนิดของไขมันได้ ลักษณะอื่น ๆที่สำคัญของไขมัน bilayer รวม
พื้นที่ต่อไขมันและคำสั่งพารามิเตอร์ของไขมัน การตั้งค่า ทั้งสองลักษณะ
มักจะใช้เพื่อเปรียบเทียบผลการคำนวณกับการทดลอง สำหรับเปิ้ลสอบ , dopc bilayer ไขมันมีพื้นที่ต่อลิปิดของ 72.2 เป็น˚
2
[ 4 ] และนี้สามารถใช้ในการตรวจสอบค่า
สนามพลังหรือเป็นจุดอ้างอิงสำหรับการจำลองผล สั่งซื้อ
พารามิเตอร์เป็นตัวชี้วัดของการสั่งซื้อของลิปิด มันสามารถบ่งบอกถึง
โครงสร้างที่เป็นไปได้การเปลี่ยนรูปของไขมัน bilayer และดังนั้นจึงถือเป็นลักษณะสำคัญ .
ส่วนประกอบของเยื่อหุ้มเซลล์ จริง ซับซ้อน แต่ค่อนข้างบ่อย อย่างน้อยก็เริ่มต้น
จุด เยื่อเมมเบรนโปรตีนการศึกษาและการศึกษารูปแบบระบบของ
สองชั้นประกอบด้วยหนึ่งเฉพาะไขมัน ( และมักจะ dopc dppc ) เป็นลูกจ้าง คล้ายๆ
จะประกาศใช้ ที่นี่
การแปล กรุณารอสักครู่..
