Projekti / Programi
Mehanske lastnosti celičnih membran in celični procesi
01. januar 1999
- 31. december 2003
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 3.03.00 |
Medicina |
Nevrobiologija |
|
| 1.02.00 |
Naravoslovje |
Fizika |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| B120 |
Biomedicinske vede |
Molekularna biofizika |
| B130 |
Biomedicinske vede |
Fiziološka biofizika |
| P340 |
Naravoslovno-matematične vede |
Lipidi, steroidi, membrane |
BIOLOŠKE MEMBRANE, RDEČA KRVNA CELICA, FOSFOLIPIDNI MEHURČKI
Raziskovalci (15)
Organizacije (1)
Povzetek
Na področju študija mehanskih lastnosti celičnih membran je prišlo v zadnjem desetletju do velikega napredka. Ker je osnovni gradnik biološke membrane fosfolipidna dvojna plast, je bilo veliko raziskav opravljenih ravno na tem modelnem sistemu oziroma na fosfolipidnih mehurčkih, ki predstavljajo modelne celice. Nedvoumno je bilo pokazano, da ravno ta dvoplastna struktura odločilno določa mehanske lastnosti, saj je bistveno to, da sta obe plasti v kontaktu, nista pa kemijsko povezani in zato lahko ob deformacijah prosto drsita ena ob drugi. Pokazano je bilo, da se da elastične lastnosti fosfolipidne dvojne plasti popisati z lokalno upogibno elastično konstanto, ki je značilna tudi za enoplastne strukture, ter z nelokalno upogibno elastično konstanto, ki pa je značilnost dvoplastne strukture. Glede na to je trenutno razumevanje mehanskih lastnosti fosfolipidnih dvojnih plasti zadovoljivo, obstaja pa še nekaj problemov pri natančnem eksperimentalnem določanju vrednosti elastičnih konstant za posamezne fosfolipide oziroma njihove mešanice. Tudi pri realnih bioloških membranah, na primer pri membrani rdeče krvne celice, ostaja dvoplastna fosfolipidna struktura tisti element, ki v glavnem določa njihove elastične lastnosti, tako da se precej izmerjenih rezultatov da lepo pojasniti kar z modelom za fosfolipidno dvojno plast. V nekaterih primerih pa je mehansko obnašanje bioloških membran ali rdečih krvnih celic bistveno drugačno od tako poenostavljenih teoretskih napovedi. Zato je bilo v zadnjih nekaj letih vloženega precej napora v izpopolnjevanje modela za dvojno lipidno plast z namenom, da bi prišli do modela, ki bi dobro opisoval tudi realne membrane, pri čemer se v tej fazi razvoja misli predvsem na membrano rdeče krvne celice. Pri teh preliminarnih posplošitvah modela dvojne lipidne plasti je šel razvoj v dveh smereh. Po eni strani se je skušalo upoštevati, da tudi fosfolipidni del membrane ni sestavljen le iz fosfolipidov, ampak vsebuje tudi proteinske molekule, ki plavajo po dvodimenzionalni lipidni tekočini in se po njej lahko neenakomerno razporejajo. Pri takih analizah se običajno predpostavi, da proteinske molekule zaradi svoje oblike interagirajo z lokalno ukrivljenostjo membrane. Po drugi strani so nekatere teoretske raziskave upoštevale, da membrano rdeče krvne celice sestavlja poleg fosfolipidnega dela tudi membranski skelet, ki se ga da obravnavati kot tretjo membransko plast, ki je pripeta na fosfolipidni del membrane. S predpostavko, da je membranski skelet zaradi svoje polimerne strukture napet, se je dalo pokazati, da ob določenih pogojih skelet lahko odstopi od membrane, kar lahko vodi do vesikulacije rdeče krvne celice, kjer v nastalih mehurčkih ni skeleta. V predlaganem raziskovalnem programu bomo glede na opisano problematiko študirali mehanske lastnosti fosfolipidnih membran, rdeče krvne celice in nekaterih živalskih celic.
Pomen za razvoj znanosti
Študije membran rdečih krvnih celic in fosfolipidnih vesiklov so zanimive zato, ker z obravnavanjem relativno preprostih sistemov osvetlijo bistvene značilnosti mehanskih lastnosti bioloških membran. S predlaganim raziskovalnim programom bomo nadaljevali delo skupine, ki je že prispevala k razvoju področja, enakopravno v primerjavi z raziskovalnimi skupinami v svetu. Mehanske lastnosti membran so npr. zelo pomembne za mehansko obnašanje rdečih krvnih celic in vplivajo na pretok krvi v cirkulatornem sistemu. Z razumevanjem fizikalnih mehanizmov v membranah tudi lahko opišemo različne procese, ki so pomembni pri delovanju celice, med katere lahko uvrstimo nastanek celičnih oblik, spreminjanje celične oblike pri citokinezi, nastanek celične polarnosti, zlitje membran celičnih organel, nastanek membranskih mehurčkov itd. Vloga mehanskih lastnosti membran pri večini teh procesov še ni razjasnjena, čeprav se z ustrezno problematiko ukvarja veliko razskovalnih skupin posebno v razvitem svetu. Predpostavimo lahko, da bomo z boljšim razumevanjem naštetih procesov tudi pripomogli k razkrivanju vzrokov za neustrezno delovanje celic, pri katerih je prišlo do različnih anomalij v njihovih membranah.
Pomen za razvoj Slovenije
Na nacionalni ravni dopolnjuje že opisani pomen raziskovalnega programa predvsem naslednje. Najprej se predlagane raziskave vključujejo v osrednje dogajanje v celični in molekularni biofiziki v svetovnem merilu, kar je pomembno s stališča kontinuiranega razvoja znanosti v Sloveniji. Kopičenje osnovnih znanj na tem področju je koristno za nadaljnji razvoj raziskav in stroke na področju biomedicine. Raziskovalno delo na področju biofizike je temeljni pogoj za vzdrževanje kvalitete pri pouku biofizike na Medicinski fakulteti v Ljubljani. Slednjič je važno še to, da bi se v program gotovo vključilo tudi več diplomantov in mladih raziskovalcev, ki bi v raziskovalni skupini brez dvoma našli primerno okolje za izobraževanje in izpopolnjevanje.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Zaključno poročilo
