Projekti / Programi
Biofizika in mehka kondenzirana snov
01. januar 1999
- 31. december 2003
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 1.02.00 |
Naravoslovje |
Fizika |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| P340 |
Naravoslovno-matematične vede |
Lipidi, steroidi, membrane |
| B120 |
Biomedicinske vede |
Molekularna biofizika |
| T390 |
Tehnološke vede |
Polimerska tehnologija, biopolimeri |
Biofizika, biopolimeri, proteini, lipidi, dezokisiribonukleinska kislina, mezofaze, medmolekularna interakcija, elastična energija, celična membrana, rdeča krvna celica, genosomi, agregacija skupkov, površinska difuzija
Raziskovalci (9)
Organizacije (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Razisk. organizacija |
Kraj |
Matična številka |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
0106 |
Institut "Jožef Stefan" |
Ljubljana |
5051606000 |
90.682 |
Povzetek
Biopolimeri, ki zajemajo tako DNK kot proteine in lipidne membrane, so osnovni gradniki žive snovi. DNK je nosilka genetske informacije, proteini so osnovni strukturni gradniki in funkcionalni regulatorji, membrane pa celico ločujejo od okolja. Razumevanje lastnosti teh bioloških makromolekul oziroma makromolekularnih skupkov zato zadeva življenje na vseh ravneh. Čeprav je dolgo veljalo, da določajo vlogo makromolekul v življenjskih procesih predvsem njihove (bio)kemične lastnosti, se je v zadnjih nekaj letih učvrstilo prepričanje, da so mnogi pomembni vidiki delovanja makromolekul popolnoma fizikalne narave. Od fizikalnih lastnosti makromolekul so najvažnejše sile dolgega dosega, ki delujejo med različnimi makromolekulami, in sile kratkega dosega, ki delujejo znotraj makromolekul samih in določajo njihovo elastično fleksibilnost. Interakcije in elastična fleksibilnost makromolekul sta zato logični osnovi fizikalnega pristopa k študiju bioloških makromolekul.Delo programske skupine bo posvečeno predvsem makromolekularnim interakcijam in elastični upogljivosti makromolekul in njuni povezavi. Prvi primer te povezave so mezofaze nabitih bioloških makromolekul, še posebej DNK kot najpomembnejše makromolekule te vrste. Fenomenologija mezofaz DNK je v zadnjem času precej napredovala, zato se zdi detajlna teoretična analiza eksperimentalnih rezultatov smiselna. V samem jedru problema mezofaz DNK so medmolekularne interakcije in fleksibilnost gradnikov, zato se bomo pri raziskovalnem programu osredotočili prav na sklopitev med njima. Podobno velja za interakcijo med citoskeletnimi proteini in lipidno membrano (rdeče krvne) celice. Interakcije med citoskeletnimi proteini in fosfolipidi določajo elastično fleksibilnost kompozitne membrane (rdeče krvne) celice kot funkcije parametrov te interakcije, ta pa potem določa obliko (rdeče krvne) celice.Fenomenologijo struktur, sestavljenih iz bioloških makromolekul, bomo osvetlili tudi s podrobnim študijem asimetrične porazdelitve lipidov v dvosloju membrane (rdeče krvne) celice. Značilna asimetrična porazdelitev lipidov, ki je posledica prekomembranske difuzije lipidov, modulirane z membranskimi proteini, in interakcije s citoskeletnimi proteini, lahko neposredno vpliva na fizikalne lastnosti celične površine, na obliko membrane (rdeče krvne) celice ter na lateralni tlak v membrani. Raziskovalna skupina bo razčlenila povezavo med oblikami (rdeče krvne) celice in omenjenimi parametri interakcije po teoretski plati. Značilnosti obeh sistemov delijo tudi genosomi oziroma kompleksi DNK in lipidnih membran, kjer se vprašanja narave mezofaz, v katerih genosomi nastopajo, prepletajo s parametri interakcij med molekulami DNK ter med molekulami DNK in fosfolipidi na eni strani in naravo elastičnih fleksibilnosti teh molekul. Interakcije med proteinskimi molekulami so še posebej pomembne pri tvorbi skupkov, ki se pojavljajo v notranjih organih (kri, srce, ...) in v posebnih primerih (Alzheimerjeva bolezen in Downov sindrom) v možganski skorji. Zanimali nas bodo modeli rasti posameznih skupkov in razvoj sistema več skupkov iz osnovnih gradnikov. Ob tem bomo upoštevali agregacijo z obratnim procesom disagregacije ter površinsko difuzijo kot osnovna mehanizma rasti skupkov.
Pomen za razvoj znanosti
Razumevanje lastnosti DNK ni pomembno le za splošno umevanje procesov življenja, ampak tudi za fundamentalno fiziko polimerov in mezofaz, ki jih le-ti lahko tvorijo pri visokih gostotah. Zato predstavlja DNK enkraten modelski sistem, saj sodobne metode molekularne biologije omogočajo študije, ki z drugimi makromolekulami niso tako zlahka izvedljive. Prav tako je tudi membrana rdeče krvne celice primeren modelski sistem za raziskavo splošnih strukturnih in mehanskih lastnosti biološke membrane. Študij proteinskih skupkov pa poleg očitno pomembnih biomedicinskih vpogledov poglablja razumevanje osnovnih procesov agregacije, disagregacije in površinske difuzije.Delo, ki se ga bo lotila raziskovalna skupina, pa ni zanimivo le s čisto teoretičnega stališča, temveč ima posredno tudi aplikativni pomen. Poznavanje narave in lastnosti genosomov je, denimo, zelo pomembno za aplikacije genosomov v genetski terapiji. Teoretsko razumevanje kompleksa kationskih lipidov in DNK nam bo dalo odvisnost stabilnosti tega kompleksa od interakcijskih parametrov in od elastičnih lastnosti DNK in lipidov. V kontekstu genske terapije in biomedicinskih raziskav je važno tudi razumeti lastnosti celične membrane, njene strukture in funkcije, raziskave agregacije proteinskih skupkov pa so izjemnega pomena za razlago procesov, povezanih z Alzheimerjevo boleznijo in Downovim sindromom.
Pomen za razvoj Slovenije
Na nacionalni ravni dopolnjuje že opisani pomen raziskovalnega programa predvsem troje. Najprej se predlagane raziskave vključujejo v osrednje dogajanje v teoretični biofiziki v svetovnem merilu, kar je pomembno s stališča kontinuiranega razvoja znanosti v Sloveniji. Poleg tega bi predlagano raziskovalno delo v slovenskem znanstvenem prostoru odprlo novo področje fizike, ki bi se navezovalo na obstoječe znanje s področja teoretične biofizike in ga obenem nadgrajevalo. 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
