Interbilayer sił w fuzji błon - Interbilayer forces in membrane fusion

Fuzja membrana jest kluczowym biofizycznych proces, który ma zasadnicze znaczenie dla funkcjonowania życia. Jest ona zdefiniowana jako przypadku, gdy dwa lipidowych dwuwarstw zbliżają się do siebie i łączą się, tworząc pojedynczą ciągłą strukturę. W istoty żywe komórki są wykonane z zewnętrzną powłoką wykonaną z dwuwarstwy lipidowej; które następnie spowodować fuzja się odbyć w imprezach takich jak zapłodnienie , embriogenezy a nawet zakażeń różnymi rodzajami bakterii i wirusów . Jest zatem niezwykle ważne wydarzenie na studia. Od kąta ewolucyjnej, fuzja jest niezwykle kontrolowane zjawisko. Losowe fuzja może doprowadzić do poważnych problemów do normalnego funkcjonowania organizmu człowieka. Fuzji błon biologicznych pośredniczą białka . Niezależnie od złożoności systemu, fuzja zasadniczo występuje ze względu na wzajemne oddziaływanie różnych sił na granicy faz, a mianowicie nawodnienia odpychania, hydrofobowej przyciągania i van der Waalsa .

Siły Inter-dwuwarstwowe

Dwuwarstwy lipidowe są struktur lipidowych cząsteczki składające się hydrofobowy ogon i hydrofilową grupę głowicy. Dlatego te struktury doświadczyć wszystkich sił Interbilayer charakterystyczne związane z tym reżimem.

Hydration odpychanie

Dwa uwodnione dwuwarstwy doświadczyć silnego odpychania, ponieważ zbliżają się do siebie. Siły te zostały zmierzone za pomocą urządzenia do siły powierzchniowe (SFA), jest używany przyrząd do mierzenia siły, między powierzchniami. To odpychanie została zaproponowana przez Langmuira i uważano wynikać z cząsteczek wody, które nawilżają dwuwarstw. Uwodnienie odpychanie może więc być określona jako pracy wymaganej w usuwaniu cząsteczek wody wokół hydrofilowych cząsteczek (np lipidowych grup przednia) w układzie dwóch warstw. Ponieważ cząsteczki wody mają powinowactwo do hydrofilowej grupy głowy, starają się układają się wokół grupy głowicowej lipidów cząsteczek i staje się bardzo trudne oddzielenie tej korzystnej kombinacji.

Eksperymenty przeprowadzone przez SFA potwierdziły, że charakter tej siły jest gwałtowny spadek. Potencjał V _R jest przez

${\ Displaystyle V_ {R} = C_ {R} \ cdot \ exp \ \ lewo [{- Z \ na lambda \ _ {R}} \ prawo]!}$

gdzie C, _R (> 0) jest miarą energii oddziaływania uwodnienia hydrofilowych cząsteczek danego systemu λ _R oznacza długość charakterystyczne skali hydratacji odpychania i Z oznacza odległość oddzielenia. Innymi słowy, jest to na odległościach do takiej długości, że cząsteczki / powierzchnie w pełni doświadczyć tego odpychania.

hydrofobowa atrakcją

Siły hydrofobowe są atrakcyjne siły entropii między dowolnymi dwiema grupami hydrofobowymi w środowisku wodnym, na przykład sił pomiędzy dwoma długich łańcuchów węglowodorowych w roztworach wodnych. Wielkość tych sił zależy od hydrofobowości grup oddziaływujących, jak również odległość pomiędzy nimi (to stwierdzono, aby zmniejszyć w przybliżeniu wykładniczo z odległości). Fizyczne pochodzenie tych sił jest dyskutowana kwestia , ale zostały one uznane za długo wahał się i są najsilniejsze spośród wszystkich fizycznych sił działających pomiędzy powierzchniami interakcji biologicznych i cząsteczek. Ze względu na ich charakter dużych odległości, są odpowiedzialne za szybką koagulację cząstek hydrofobowych w wodzie i odgrywają ważną rolę w wielu zjawisk biologicznych, w tym składania i stabilizacja makrocząsteczek, takich jak białka i fuzję błon komórkowych.

Potencjał V jest dana przez

${\ Displaystyle V_ {A} = C_ {A} \ cdot \ exp \ \ lewo [{- Z \ na lambda \ _ {A}} \ prawo]!}$

gdzie C (<0) jest miarą energii oddziaływania hydrofobowego dla danego systemu λ jest długością charakterystyczne skala hydrofobowej przyciągania i Z oznacza odległość oddzielenia.

van der Waalsa w dwuwarstwy

Siły te powstają w wyniku oddziaływania dipol-dipol (wywołanej / stały) pomiędzy cząsteczkami dwuwarstwy. Ponieważ cząsteczki zbliżają, to siła przyciągania powstaje ze względu na uporządkowanie tych dipoli; jak w przypadku magnesów, które przyciągają wyrównać i siebie jak zbliżyć. Oznacza to również, że każda powierzchnia będzie doświadczać van der Waalsa atrakcją. W dwuwarstw postać autorstwa Van der Waalsa potencjalne interakcje V _VDW jest przez

${\ Displaystyle V_ {VDW} = - {H \ ponad 12 \ pi} * \ lewo ({1 \ nad Z ^ {2}} - {2 \ przez (Z + R) ^ {2}} + {1 \ przez (z + 2D) ^ {2}} \ prawej)}$

gdzie H jest stała Hamakera i D oraz z są dwuwarstwy grubości i odległości oddzielania, odpowiednio.

tło

Dla fuzja się odbyć, to ma do pokonania ogromne siły odpychające powodu silnego odpychania nawodnienia między hydrofilowe lipidów grup głowy. Jednak to było trudno dokładnie określić związek pomiędzy adhezji , fuzji i interbilayer sił. Siły, które promują adhezję komórek nie są takie same, jak te, które promują połączenie membrany. Badania pokazują, że tworząc nacisk na oddziałujących dwuwarstwy, fuzja może zostać osiągnięty bez zakłócania interakcji interbilayer. Stwierdzono również sugeruje, że synteza błony następuje przez sekwencję rearanżacji strukturalnych pomóc przezwyciężyć bariery, która uniemożliwia połączenie. Zatem fuzja interbilayer odbywa się poprzez

• podejście lokalne błony
• rearanżacji strukturalne powodujące nawodnienie siły odpychania do pokonania
• pełna łączących, aby utworzyć jedną jednostkę

Interbilayer oddziaływania podczas fuzji błon

Gdy dwa dwuwarstwy lipidowe zbliżają się do siebie, doświadczają van der Waalsa słabych sił przyciągających i znacznie silniejszy odpychające siły wywołane nawodnienia odpychania. Siły te są zwykle dominuje nad hydrofobowych sił przyciągania między membranami. Badania przeprowadzone na dwuwarstwowej błony przy użyciu urządzenia siły powierzchniowe (SFA) wskazują, że synteza membrana może wystąpić natychmiast po dwa dwuwarstwy nadal w skończonej odległości od siebie, bez konieczności ich przezwyciężenia krótkiego zasięgu barierę siły odpychające. Przypisuje się to przegrupowania molekularnych, które występują w wyniku zbocznikowanie tych sił przez membrany. Podczas syntezy, hydrofobowe ogony małego skrawka lipidów w błonie komórkowej, są narażone na fazie wodnej wokół nich. Powoduje to bardzo silne hydrofobowych miejsc (dominujących siłę odpychającą) pomiędzy narażonych grup prowadzących do fuzji błon. Atrakcyjny van der Waalsa odgrywają znikomą rolę w fuzji błon. Tak więc, fuzja jest wynikiem hydrofobowych miejsc między grupami wewnętrznych łańcucha węglowodorowego, które są wystawione na działanie wodnego środowiska zazwyczaj trudno dostępnym. Fusion obserwuje się rozpocząć w punktach na błonach gdzie naprężenia błonowe są albo najsłabsze lub najsilniejsze.

Aplikacje

Siły Interbilayer odgrywają kluczową rolę w pośredniczeniu w fuzji błon, która ma niezwykle ważnych zastosowań biomedycznych.

• Najważniejszym zastosowaniem fuzji błon w produkcji hybrydom , które to komórki powstałe w wyniku fuzji z przeciwciałem -secreting i nieśmiertelnych komórek B . Hybrydomy są wykorzystywane w przemyśle do produkcji przeciwciał monoklonalnych .
• Fuzja membrana ma również ważną rolę w immunoterapii nowotworów . Obecnie jednym z podejść w immunoterapii nowotworów obejmuje szczepienie z komórek dendrytycznych wyrażających konkretne guza antygenu na błonach. Zamiast tego, komórki hybrydowe otrzymane z fuzji komórki dendrytyczne, komórki nowotworowe mogą być użyte. Te hybrydy, by pomóc w ekspresji szeregu antygenów związanych z nowotworem w błonach.
• Zrozumienie fuzja membrana lepiej może również prowadzić do poprawy w terapii genowej .

Zobacz też

• Błona komórkowa
• Hydrat
• efekt hydrofobowy
• dwuwarstwy lipidowe
• Urządzenie siły powierzchniowe

Referencje