FIZYKOCHEMICZNE WŁAŚCIWOŚCI KOMÓREK - WYKŁADY
WYKŁAD 1 28.04.2010
Skład błon biologicznych:
-białka
-lipidy
-węglowodany
Skład chemiczny suchej masy wybranych błon biologicznych
Rodzaj błony plazmatycznej |
Białka 5 |
Lipidy % |
Węglowodany % |
Watroba myszy |
58 |
41 |
1 |
Erytrocyty człowieka |
60 |
33 |
7 |
Mielina człowieka |
30 |
64 |
6 |
W błonach większości komórek występują trzy klasy lipidów:
-fosfolipidy:
-fosfoglicerydy - pochodne glicerolu
-sfingolipidy - pochodne sfingozyny
-glikolipidy
-sterole:
-fitosterole
-zoosterole
Cząsteczki fosfo- czy glikolipidów mają charakter amfifilowy (amfipatyczny)
*Glicerofosfolipidy
Fosfolipidy zbudowane są z 4 składników:
Glicerolu
Dwóch reszt acylowych połączonych wiązaniami estrowymi z atomami C1 i C2 glicerolu
Ortofosforanu połączonego z węglem C3 glicerolu
Innego alkoholu połączonego grupą OH z resztą ortofosforanu
- kwas fosfatydowy + cholina fosfatydylocholina (lecytyna)
-kwas fosfatydowy + etanoloamina fosfatydyloamina (kefalina)
Sfingofosfolipidy:
-ceramidy
-sfingomieliny
-glikosfingolipidy:
-cerebrozydy
-gangliozydy
Zbudowane są z:
-sfingozyny-długołańcuchowego jednonienasyconego amino alkoholu di hydroksylowego
-długołańcuchowego kwasu tłuszczowego
-ortofosforanu
-choliny
Sfingozyna + nienasycony kwas tłuszczowy ceramid (N-acetylosfingozyna)
ceramid (N-acetylosfingozyna) + cholina + H3PO4 sfingomielina
Glikolipidy
Zawierają:
-ceramid
-cząsteczkę cukru (1 lub więcej)
Podział:
-galaktozydoceramid
-glukozyloceramid (erebrozyd)
Gangliozydy:
Pochodne glukozyloceramidu zawierające 1 lub kilka grup kwasu sjalowego
Sterole:
-cholesterol
-ergosterol
Przekrój przez błonę:
-glikolipid
-oligosacgarydowe łańcuchy glikoprotein
-niepolarne acylowe łańcuchy tłuszczowe
-dwuwarstwa lipidowa
-polarne główki fosfolipidowe
-białka peryferyjne
-białka integralne
-sterol
-białka peryferyjne związane kowalencyjnie z lipidami
Biologiczne funkcje lipidów:
-są materiałem budulcowym (fosfolipidy, cholesterol, glikolipidy)
-decydują o właściwościach dynamicznych błony komórkowej
-są prekursorami hormonów steroidowych (cholesterol) i hormonów tkankowych (kwasy tłuszczowe)
-stanowią substrat dla syntezy kwasów tłuszczowych i niektórych witamin
-biorą udział w zjawiskach immunologicznych (eikozanoidy)
Białka pełnią funkcje czynnościowe:
-przekazywanie informacji np. białka receptorowe lub kontaktowe
-transport molekuł oraz funkcje katalityczne np. białka transbłonowe trzeciego szczytu elektroforetycznego
-wykonywanie czynności metabolicznych np. produkcja energii w błonach mitochondrii i chloroplastów
Właściwości błon biologicznych
Struktura dynamiczna błony:
Fosfolipidy i białka w błonie wykonują następujące rodzaje ruchu:
-dyfuzja rotacyjna- cząstki lipidów lub białek mogą obracać się wokół osi prostopadle do powierzchni błony
-dyfuzja lateralna- cząsteczki przemieszczają się w płaszczyźnie błony (tzw. ruch boczny)
-ruch segmentalny - polegający na zmianie położenia łańcuchów kwasów tłuszczowych w stosunku do podłużnej osi cząsteczki fosfolipidu
-dyfuzją poprzeczna „flip-flop” - przeniesienie cząsteczki z jednej powierzchni błony na drugą
Płynność błony:
Pojęcie płynności błony jest to termin fizykochemiczny związany z ograniczeniem ruchu bocznego cząsteczek, który jest odwrotnością mikrolepkości.
Czynnikami regulującymi płynność błon są:
-cholesterol, którego sztywna struktura pierścieni ogranicza ruchy sąsiednich cząstek fosfolipidów, a zatem wysoka zawartość cholesterolu w błonie zmniejsza jej płynność
-nienasycone kwasy tłuszczowe - wiązania podwójne w naturalnie występujących kwasach tłuszczowych mają konfigurację cis powodują zgięcie cząsteczki, a co za tym idzie wzrost jej objętości. Prowadzi to do zmniejszenia stopnia upakowania cząsteczek fosfolipidów w błonie, a za tym do zwiększenia stopnia płynności błony
-długość kwasów tłuszczowych -im dłuższe łańcuchy kwasów tłuszczowych, tym większy zakres ruchów segmentalnych i większa płynność
-temperatura - podwyższenie temperatury powoduje wzrost płynności błony, a przez to zwiększa szybkość ruchliwości składników błony. Natomiast obniżenie temperatury powoduje wzrost ilości nienasyconych kwasów tłuszczowych lub spadek zawartości cholesterolu
-ciśnienie - podwyższenie ciśnienia zmniejsza przestrzeń zajmowaną przez pojedynczą cząsteczkę fosfolipidu i wymusza zwiększone uporządkowania łańcuchów kwasów tłuszczowych powodujących obniżenie płynności błony
-pH - zmiana pH może zmienić ładunek hydrofilowej „głowy” fosfolipidów przez co wpływa na charakter ich wzajemnych oddziaływań elektrostatycznych, a więc na stopień „uporządkowania cząstki”
Ograniczenie wpływu środowiska zewnętrznego
Błony pełnią wiele rozmaitych funkcji m. in. :
-utrzymywanie różnicy stężeń poszczególnych substancji pomiędzy wnętrzem komórki a jej środowiskiem - hydrofobowe wnętrze dwuwarstwy lipidowej jest praktycznie nieprzepuszczalne dla związków polarnych, silnie uwodnionych
-regulacja różnicy potencjałów elektrycznych między wnętrzem i otoczeniem komórki
-zachowanie właściwego składu białek enzymatycznych i optymalnej wartości pH w poszczególnych organellach
Zjawisko transportu substancji w błonach komórkowych
Ze względu na koszt energetyczny wyróżniamy:
-transport bierny: transport danego składnika nie wymaga nakładu energii metabolicznej (odbywa się na skutek np. różnicy potencjału elektrochemicznego)może on być realizowany na drodze:
-dyfuzji prostej: bodźcem jest gradient stężeń, w ten sposób dyfundują H2O, N, CO2,, tlen
-dyfuzji złożonej: przenikanie zachodzi pod wpływem zarówno gradientu stężeń jak i innych bodźców: gradient potencjału elektrycznego, gradient ciśnienia
-dyfuzji ułatwionej: proces przenikania zachodzi dzięki nośnikom (specyficznym białkom), które wiążąc się w błonie z substratem przenoszą go przez błonę, w ten sposób przenika np. glukoza
-transport aktywny: składnik jest transportowany przeciw gradientowi jego stężeń, jest to transport wymagający energii. Wyróżniamy trzy mechanizmy:
-translokacja grupowa: transportowany składnik ulega zmianie przez utworzenie nowych wiązań kowalencyjnych: energia do transportu pochodzi z energii potrzebnej do utworzenia pochodnej substratu
-transport aktywny wtórny: aktywnie transportowany składnik pierwszy (np. Na+) tworzy gradient potencjału elektrochemicznego, który warunkuje transport innego składnika np. cukru, aminokwasu zgodnie z tym gradientem
-transport aktywny pierwotny: dochodzi do utworzenia nowych wiązań kowalencyjnych w nośniku: energia do transportu pochodzi z energii potrzebnej do zmiany konfiguracji nośnika
Wolne rodniki
rodnik - grupa atomów posiadający niesparowany elektron, które zachowują się jak: jedna jednostka
wolny rodnik - atom lub cząsteczka zdolna do samodzielnego istnienia mający jeden lub więcej niesparowanych elektronów
wolne rodniki są przyciągane przez pole magnetyczne (właściwości paramagnetyczne)
Powstawanie wolnych rodników
Inicjacja :
-z cząsteczek nie będących wolnymi rodnikami powstają wolne rodniki
-może nastąpić w wyniku:
-radiolizy
-sonolizy związku chemicznego
-fotolizy
-jednoelektronowych reakcji redoks (są główną drogą powstawania aminorodnika ponadtlenkowego w komórkach)
Prolongacja:
W reakcjach prolongacji sumaryczna liczba wolnych rodników nie ulega zmianie , zmieniają się natomiast postacie nosicieli niesparowanych elektronów
1) Przeniesienie atomu lub grupy atomów
2)Addycja
3)β-eliminacja -rozerwnanie wiązania w położeniu β względem niesparowanego elektronu
4) jednoelektronowe reakcje redoks
5) Przegrupowania wewnatrzcząsteczkowe
Terminacja:
-reakcja między dwoma wolnymi rodnikami kończy krótszy lub dłuższy łańcuch prolongacji reakcji wolnorodnikowych
WYKŁAD 2 12.05.2010
Transport przez błonę komórkową:
-małych cząsteczek (gazy, woda, jony itp.):
-transport bierny:
-dyfuzja prosta
-dyfuzja ułatwiona
-transport aktywny
-dużych cząsteczek (białka, hormony)
-endocytoza: pinocytoza, fagocytoza, endocytoza receptorowa
-egzocytoza
Przepuszczalność błony lipidowej
Transportowana substancja |
|
Sposób transportu |
Małe hydrofobowe cząsteczki O2, CO2, H2, benzen |
|
Dyfuzja |
Małe cząsteczki polarne bez ładunku - metanol, etanol, H2O |
|
Dyfuzja, kanały (akwaporyny), transport przy pomocy nośników |
Wieksze cząsteczki polarne bez ładunku/ naładowane jony |
|
Nośniki |
H+, Na+, K+, Cl-, HCO3-, Ca2+, Mg2+ |
|
Kanały, nośniki |
Dyfuzja prosta zachodzi przez lipidy
Transport ułatwiony przez białka
Błonowe białka transportujące dzielimy na:
-nośniki
-pompy
-kanały
Wymagania energetyczne różnych systemów transportu
Rodzaj transportu |
Białka w błonie |
Specyficzność w stosunku substratu |
Kierunek transportu (gradient stężenia) |
Wymagania energetyczne |
|
Dyfuzja |
- |
- |
↓ |
Brak (transport bierny) |
|
Kanały |
+ |
+ |
↓ |
Brak (transport bierny) |
|
nośniki |
Pasywne |
+ |
+ |
↓ |
Brak (transport bierny) |
|
aktywne |
+ |
+ |
↑ |
Tak (transport aktywny) |
Dyfuzja - przemieszczanie się cząstek w rozpuszczalniku z miejsca o większym stężeniu do miejsca o mniejszym stężeniu
Osmoza i dializa to specjalne rodzaje dyfuzji.
Dializa - transport przez błonę substancji rozpuszczonej zgodnie z gradientem jej stężenia tj. z roztworu hipertonicznego do hipotonicznego
Osmoza - transport wody przez błonę zgodnie z gradientem stężenia wody tj. z roztworu hipotonicznego do hipertonicznego
Komórka w środowisku:
-hipertonicznym - woda ucieka z komórki
-hipotonicznym - woda wnika do komórki
Roztwór izotoniczny (sól fizjologiczna)
Rola transportu prostego w regulacji ciśnienia osmotycznego.
Transport bierny - dyfuzja ułatwiona
Transport ułatwiony -białka nośne ruchome
Gradient elektrochemiczny - wypadkowa siła napędowa umożliwiająca przemieszczanie jonu przez błonę, jest sumą gradientu stężeń tej cząsteczki i napięcia istniejącego w poprzek błony (potencjału błonowego)
- gradient elektrochemiczny bez potencjału transbłonowego
- gradient elektrochemiczny z potencjałem transbłonowym ujemnym wewnętrznie
- gradient elektrochemiczny z potencjałem transbłonowym dodatnim wewnątrz
Transport aktywny komórki prowadzą poprzez:
-Nośniki sprzężone sprzęgają transport aktywny przez błonę jednej cząsteczki zachodzący wbrew gradientowi z transportem innej zgodnym z gradientem
-Pompy napędzane przez ATP sprzęgają transport wbrew gradientowi z hydrolizą ATP do ADP
-Pompy napędzane światłem obecne głównie w komórkach bakteryjnych sprzęgają transport wbrew gradientowi z wykorzystaniem energii światła (np. bakterio rodopsyna)
Nośniki sprzężone:
Synport - nośnik przemieszcza przez błonę obie substancje w tym samym kierunku
Antyport - nośnik przemieszcza przez błonę substancje w przeciwnym kierunku
Pompy napędzane przez ATP - pompa Na+-K+
Pompa sodowo-potasowa aktywnie wymusza 3 jony na zewnątrz i wprowadza biernie 2 jony K+
1.związanie cytoplazmatycznego sodu stymuluje fosforylację
2.fosforylacja prowadzi do zmiany konformacji przestrzennej pompy
3.sód uwalniany jest na zewnątrz
4.potas może wiązać się wewnątrz pompy
5.wiązanie potasu powoduje uwolnienie reszty fosforanowej
6.pompa odtwarza swoją oryginalną konfigurację, uwolniony zostaje potas
Kanały:
-jonowe-służą transportowi jonów K, Na, Ca, Cl
-wodne-służą transportowi wody (aquaporyny)
Kanały jonowe:
-są jonowo selektywne
-na stałe są zamknięte
-otwierane (bramkowane) są chwilowo przez działanie różnych czynników:
-napięcia (depolaryzacja błony)
-przez dołączenie cząsteczki liganda
-przez stres mechaniczny
Bramkowane kanały jonowe reagują na różnego rodzaju bodźce:
-bramkowane przez potencjał
-bramkowane ligandem zewnątrzkomórkowym
-bramkowane ligandem wewnątrzkomórkowym
-aktywowany stresem
Przewodzenie przez synapsę
-kanały bramkowe napięciem i ligandem
-kanał otwierany mechanicznie-komórki rzęsa te narządu Cortiego
Drgania akustyczne powodują wibrację błony podstawowej i odkształcenie wypustek komórek rzęsatych - stereocili- powstanie impulsu w komórkach nerwu słuchowego
Pobieranie pokarmu przez komórki:
-import-endocytoza
-export-egzocytoza
Endocytoza- pobieranie materiałów do komórki przez wpuklenie błony komórkowej prowadzącej do ich wchłonięcia do cytoplazmy w postaci pęcherzyków błonowych
Egzocytoza- proces w którym większość wydzielanych cząsteczek jest eksportowanych z komórki eukariotycznej. Cząsteczki są upakowane w błonowych pęcherzykach, które ulegają fuzji z błoną komórkową i uwalniają swoją zawartość na zewnątrz błony.
Endocytoza:
-pinocytoza- „picie przez komórkę”, wchłanianie płynów i małych cząsteczek przez małe pęcherzyki (<150 nm)
-fagocytoza- „jedzenie przez komórkę” wchłanianie dużych cząstek (mikroorganizmów, szczątków komórkowych) przez duże fagosomy (>250 nm)
Sygnalizacja międzykomórkowa
Ogólne zasady sygnalizacji:
-sygnały mogą być wysyłane na dużą i małą odległość
-każda komórka odpowiada na ograniczony zestaw sygnałów
-receptory przekazują sygnały za pośrednictwem wewnątrzkomórkowych szlaków sygnalizacyjnych
-niektóre hormony przenikają przez błonę komórkową i wiążą się z receptorami wewnątrzkomórkowymi
-na powierzchni komórki istnieją 3 główne klasy receptorów
Komórki zwierząt mogą się komunikować w różny sposób:
-endokrynowa- hormony wytwarzane w gruczołach dokrewnych są uwalniane do krwiobiegu i są często szeroko rozprowadzane w obrębie całego ciała
-parakrynowa- sygnały parakrynowe są uwalniane przez komórki do płynu zewnątrzkomórkowego w ich sąsiedztwie i działają miejscowo
-neuronalna- sygnały neuronalne są przekazywane wzdłuż aksonów do oddalonych komórek docelowych
-kontakt bezpośredni- sygnalizacja oparta na kontakcie bezpośrednim wymaga, aby komórki kontaktowały się bezpośrednio ze sobą swoimi błonami komórkowymi
W sygnalizacji endokrynowej, paraksynowej i neuronalnej są używane często te same typy cząstek sygnałowych. Istotne różnice polegają na szybkości i selektywności z jaką sygnały dostarczane są do odpowiednich komórek.
To czy komórka zareaguje na cząsteczkę sygnałową zależy w pierwszym rzędzie od tego czy ma receptor dla takiego sygnału. Jeden sygnał wiążący się z jednym typem receptora można wywołać w komórce docelowej wiele efektów: zmianie mogą ulec kształt, ruch, metabolizmy i ekspresja genów.
Przekazywanie sygnałów
Ta sama cząsteczka sygnałowa może indukować różną odpowiedz w różnych komórkach docelowych, np. acetylocholina wiąże się z podobnymi białkami receptorowymi na powierzchni komórek mięśnia sercowego (A) i komórek gruczołu ślinowego (B) ale w tych komórkach prowadzi do różnych odpowiedzi:
A-zmniejszona siła i częstotliwość skurczu
B-sekrecja
Trzy klasy receptorów na powierzchni komórki:
-receptory jonotropowe (będące kanałami jonowymi)
-receptory metabotropowe (współpracujące z białkami G)
-receptory katalityczne (wykazujące aktywność enzymatyczną)
Receptor jonotropowy otwiera lub zamyka się w odpowiedzi na związanie swoistej cząsteczki sygnałowej.
Receptor metabotropowy (współpracujące z białkami G) gdy zwiąże swoistą zewnątrzkomórkową cząsteczkę sygnałową, sygnał przechodzi najpierw do białka wiążącego GTP oddziałującego z receptorem. Następnie zaktywowane białko G opuszcza receptor i aktywuje enzym docelowo lub kanał jonowy w błonie komórkowej.
Receptor katalityczny po związaniu wewnątrzkomórkowej cząsteczki sygnałowej włącza aktywność enzymatyczną przy swoim drugim końcu, we wnętrzu komórki.
Integracja dochodzących sygnałów przez niektóre wewnątrzkomórkowe białka:
A)Sygnały A i B mogą aktywować różne kaskady fosforylacji białek, z których każda prowadzi do ufosforylowania białka Y, ale w różnych miejscach tego białka. Białko jest aktywne gdy zostaną ufosforylowane oba miejsca jednocześnie.
B) Sygnały A i B mogą prowadzić do ufosforylowania dwóch białek X i Z które następnie łączą się ze sobą tworząc aktywne białko XZ.
WYKŁAD 3 19.05.2010
Budowa i właściwości sztucznych membran lipidowych
Błony lipidowe
Geneza błon lipidowych
Membrany lipidowe są od ponad 50 lat obiektem intensywnych badań przez badaczy z wielu dziedzin nauki.
Badania prowadzone nad budową i funkcjami błon komórkowych doprowadziły do stworzenia prostego ich modelu - sztucznych membran lipidowych.
…
Dwuwarstwowe błony lipidowe (BLM)
Początkowo wiedza o właściwościach BLM wywodziła się wyłącznie z pośrednich eksperymentów. Próby utworzenia dwuwarstwy lipidowej jako niezależnej…..
Polimorfizm lipidów
|
Kształt |
Tworzone struktury |
Lizofosfolipidy, detergenty |
Odwrócony stożek |
Micele |
Detergenty |
Cylinder |
Dwuwarstwy |
Fosfatydoetanolamina |
Stożek |
Struktury heksagonalne |
Budowa membran lipidowych
W środowisku wodnym fosfolipidy i glikolipidy zachowują się specyficznie. Głowy polarne będą dążyć do kontaktu z wodą, natomiast ich węglowodorowe ogony będą wody unikały. Jedną z form jest tworzenie miceli, kulistych struktur w których grupy polarne otoczone są wodą, a ogony węglowodorowe zebrane są w środku zwrócone do siebie.
Fosfolipidy łatwo tworzą także warstwy dwucząsteczkowe, a szczególnie w szczelinach przegrody oddzielającej dwa przedziały wodne. W takich dwuwarstwach węglowodorowe „ogony” rozwinięte są do wewnątrz tworząc ciągłą fazę węglowodorową, a hydrofilowe „głowy” obrócone są na zewnątrz i wnikają do obu faz wodnych. Tego typu dwuwarstwy fosfolipidowe poddane były szczegółowym badaniom ponieważ ich właściwości są bardzo podobne do właściwości naturalnych błon komórkowych. Warstwy takie przepuszczają wodę natomiast są względnie nieprzepuszczalne dla prostych kationów (Na+, K+) i anionów (Cl-).
W środowisku wodnym większość fosfolipidów i glikolipidów tworzy bardzo łatwo dwuwarstwy, natomiast sole kwasów tłuszczowych, które zawierają tylko jeden łańcuch łatwiej tworzą micele. Fakt, że fosfolipidy tworzą dwuwarstwy zamiast miceli ma zasadnicze znaczenie biologiczne. Micela jest strukturą ograniczoną przestrzennie i jej średnica nie przekracza zazwyczaj 20 nm, natomiast dwuwarstwa może osiągać średnicę rzędu 1nm.
Wiele cząsteczek posiadających charakter amfifilowy, a takimi cząsteczkami są badane lipidy, może być zaadsorbowanych na granicy faz woda/powietrze tworząc warstwę o grubości jednej molekuły. Lipidy mają właściwości tworzenia nierozpuszczalnej warstwy ze względu na ich znikomą rozpuszczalność lipidów w wodzie. I tak m.in. fosfolipidy i kwasy tłuszczowe w odpowiednio długich łańcuchach węglowodorowych tworzą monowarstwę zorientowaną przestrzennie z częściami polarnymi zanurzonymi w wodzie, a łańcuchami hydrofobowymi wystającymi ku górze.
Pęcherzyki lipidowe zwane też liposomami stanowią wodne przestrzenie ograniczone dwuwarstwą lipidową. Można je uzyskać przygotowując zawiesinę odpowiednich lipidów, takich jak fosfatydylocholina w środowisku wodnym. Zawiesinę tę poddaje się następnie sonifikacji tj. wstrząsaniu z użyciem ultradźwięków, co prowadzi do uzyskania liposomów jednolitych rozmiarach. Pęcherzyki można również uzyskać przez szybkie zmieszanie etanolowego roztworu lipidów z wodą. Można to osiągnąć wstrzykując roztwór lipidów przez wąską igłę iniekcyjną do roztworu wodnego. Pęcherzyki otrzymane tymi metodami mają kształt w przybliżeniu kulisty i średnicę ok. 50 nm. Pęcherzyki większe o średnicy rzędu 1 μm można spreparować odparowując powoli przez rozpuszczalnik organiczny.
Liposomy
Zgodnie z ogólnie przyjętą klasyfikacją rozróżnia się 3 typy liposomów:
MLV - wielowarstwowe pęcherzyki zbudowane z koncentrycznie ułożonych błon dwuwarstw fosfolipidowych, oddzielonych od siebie przedziałami wodnymi. Liposomy tego typu charakteryzują się dużą rozpiętością wymiarów. Ich średnica zewnętrzna wynosi od kilkuset o kilkutysięcy nanometrów.
SUV - małe pęcherzyki jednowarstwowe - pęcherzyki o średnicy 20-30 nm zbudowane z jednej dwuwarstwy fosfolipidowej otaczające zamkniętą przestrzeń wodną.
LUV - duże pęcherzyki jednowarstwowe - pęcherzyki typu SUV których średnica zależnie od sposobu przygotowania liposomów może wynosić od 100 do 2400 nm, a nawet 9000 nm.
Budowa BLM
Dwuwarstwy lipidowe
Etapy formowania dwuwarstwy
Etap A. po umieszczeniu kropli roztworu formującego w otworze pojemność membrany jest niewielka i powoli wzrasta. Roztwór formujący z wnętrza membrany przemieszcza się do obrzeża - grubość membrany się zmniejsza. Część lipidów i rozpuszczalnika rozpuszcza się w fazie wodnej. W świetle odbitym membrana wygląda jak lustro, w miarę zmniejszania się jej grubości są obserwowane tęczowe barwy interferentów.
Etap B. lipidy z przeciwległych monowarstw zbliżają się do siebie i tworzą dwuwarstwę, która szybko powiększa swoje pole powierzchni. Pojemność membrany szybko wzrasta. Obrzeże zaczyna przyjmować kształt torusa. Napięcie obrzeża powoduje dążenie do zmniejszenia jego pola powierzchni - roztwór formujący przemieszcza się spomiędzy monowarstw w kierunku obrzeża. W miejscu gdzie powstaje dwuwarstwa obserwuje się zanik odbicia światła i powstawanie powiększających się czarnych plam.
Etap C. między monowarstwami pozostają rozpuszczalnik i micele utworzone z cząsteczek lipidów. Micele powoli ulegają rozpadowi i wbudowaniu w monowarstwy. Ustala się równowaga rozkładu wszystkich składników między obrzeżem, roztworem wodnym i dwuwarstwą.
Etap D. równowaga miedzy poszczególnymi składnikami układu jest stabilna. Przy braku czynników zakłócających równowagę pojemność membrany, a tym samym pole powierzchni dwuwarstwy i grubość membrany są stabilne. W świetle odbitym jest widoczna tylko krawędź obrzeż Plateu-Gibbsa.
Metody otrzymywania BLM
Tworzenie BLM metodą Rudina-Muellera
charakterystyka:
-łatwy i szybki sposób tworzenia
-możliwość pozostawienia rozpuszczalnika wewnątrz dwuwarstwy
- brak możliwości tworzenia membran asymetrycznych
- łatwe wprowadzenie substancji modyfikujących
Metoda Langmuir-Blodgett
Charakterystyka:
- możliwość tworzenia membran asymetrycznych
- membrany są wolne od rozpuszczalnika, który mógłby
Sferyczne dwuwarstwy lipidowe
Membrany na stałym nośniku
Membrany osadzone na porowatych filtrach
Monowarstwy lipidowe
Monowarstwy lipidowe na rtęci
Właściwości biomembran
Parametr |
Biomembrany |
Niemodyfikowane BLM |
Modyfikowane BLM |
Grubość |
4-13 |
4-13 |
4-13 |
Stałe dielektryczne |
2-5 |
2-3 |
2-5 |
Swobodna energia |
0,03-3 |
1-2 |
0,2-6 |
Współczynnik załamania światła |
1,6 |
1,4-1,6 |
|
Zastosowanie membran lipidowych
Dwuwarstwy membran lipidowych znalazły szerokie zastosowanie do badań biologicznych, chemicznych mających na celu określenie budowy błon komórkowych, ich właściwości fizycznych, elektrycznych i funkcji w życiu komórki.
Dwuwarstwy lipidowe przede wszystkim stosowane są jako modelowe do badań zjawisk zachodzących w błonach biologicznych.
Modelowanie zjawisk transportu (głównie elektrolitów) przez błony biologiczne oraz w odtwarzaniu niektórych zjawisk towarzyszących fotosyntezie
W elektronice molekularnej, która zajmuje się wytwarzaniem elementów elektronicznych w skali molekuł
Badanie działania antybiotyków.
Urządzenia elektrochemiczne oparte na półprzewodnikach.
Oddziaływania zachodzące na powierzchniach błon.
Zastosowanie naturalnych i sztucznych układów membran
*bańki mydlane i piany - badanie właściwości lipidów, termodynamiki układów membranowych, stabilność dwuwarstw
*błony komórkowe - badanie funkcjonowania komórek
*liposomy - nośniki leków, kosmetyki, układy modelowe błon biologicznych, badanie przepuszczalności membran
*monowarstwy Langmuira-Blogdetta - badanie właściwości lipidów, pola powierzchni zajmowanych przez cząsteczki, badanie oddziaływań między lipidami i nielipidowymi składnikami membran, osadzanie membran na stałym podłożu
*dwuwarstwy membran lipidowych na żelu - biosensory i czujniki elektrochemiczne
*filtry impregnowane lipidami - czujniki smaku i zapachu, detektory elektrochemiczne
Cechy charakterystyczne BLM
Amfifilowość i przestrzenny walcowaty kształt większości cząsteczek lipidów powodujące że energetycznie uprzywilejowana struktura którą tworzą lipidy jest dwuwarstwa
Bardzo mała granica membran równa dwukrotnej długości cząsteczek tworzących membranę wynoszących zwykle od 4 do 10 nm
Płynność membran - skutkiem czego jest zdolność membrany do samoregulacji, czyli samoczynnego zasklepiania się niewielkich uszkodzeń membrany
Półprzepuszczalność membran - membrana stanowi barierę zatrzymująca małe jony i cząsteczki polarne. Dzięki temu jest możliwe powstawanie potencjału membranowego, który jest źródłem wielu ważnych procesów membranowych.
Warstwowa budowa - warstwa hydrofobowa znajdująca się między warstwami hydrofilowymi i wynikające z tego właściwości anizotropowe membrany
Właściwości anizotropowe - właściwości fizykochemiczne membran zależne od kierunku w jakim są badane, wynikają one m.in. z warstwowej budowy membrany.
Czynniki stabilizujące
Mimo półpłynnej struktury dwuwarstwowe membrany wykazują zadziwiającą trwałość
Próba uszkodzenia dwuwarstwy membrany lipidowej przypomina próbę przedziurawienia powierzchni wody kijem
Powstawanie defektów w membranach i odtwarzanie ich ciągłej struktury jest bardzo ważnym zjawiskiem w procesach zachodzących w błonach biologicznych i sztucznych BLM
Podstawowym czynnikiem utrzymującym strukturę membran są oddziaływania hydrofobowe w układzie lipidy-woda
Między lipidami występują siły van der Waalsa
Istotne znaczenie maja też oddziaływania elektrostatyczne oraz wiązania wodorowe
Siły van der Waalsa
Powierzchnie oddziaływań międzycząsteczkowych są nazywane silami van der Waalsa o niewielkiej energii (4-40kJ/mol)
Są to oddziaływania bliskiego zasięgu - tylko między bezpośrednimi zbliżonymi do siebie cząsteczkami
Są to podstawowe oddziaływania miedzy łańcuchami węglowodorowymi li[idów
Siły te są pochodzenia elektrostatycznego i występują między jonami i niepolarnymi cząsteczkami, miedzy polarnymi i niepolarnymi cząsteczkami, a także miedzy niepolarnymi cząsteczkami a atomami
Jon lub dipol zbliżający się do niepolarnej cząsteczki lub atomu …
Powoduje to nawet w całkowicie niepolarnych cząsteczkach pojawienia się momentu dipolowego i wystąpienie oddziaływań elektrostatycznych
Oddziaływania elektrostatyczne
Niektóre lipidy np. fosfatydylocholina mają grupy polarne które są jonami obojnaczymi. Ładunek dodatni jest skupiony na atomie azotu choliny, natomiast atom tlenu grupy fosforanowej ma ładunek ujemny
Grupy polarne lipidów ułożone są ukośnie w stosunku do powierzchni membrany powodują oddziaływania ładunków sąsiadujących miedzy sobą cząsteczek i ich wzajemne przyciąganie
Wiązania wodorowe
Występują w cząsteczkach zawierających silne elektroujemnie atomy np. fluoru, tlenu, azotu. Atom wodoru połączony z takim atomem skupia na sobie dodatni ładunek elektryczny. Ze względu na niewielkie rozmiary protonu gęstość tego ładunku jest duża. Między tym atomem wodoru a elektronami wolnej pary elektronowej innego atomu występują znaczne oddziaływania elektrostatyczne określane jako wiązania wodorowe
Energia tych wiązań wynosi zwykle 12-33kJ/mol
Jest na ogół większa niż energia oddziaływań van der Waalsa, ale znacznie mniejsze od wiązań kowalencyjnych
Wiązania wodorowe mogą wystąpić w obrębie cząsteczek silnie rozbudowanych np. białek DNA
Oddziaływania hydrofobowe
Są wynikiem wcześniej wymienionych oddziaływań. Są spowodowane brakiem silnych oddziaływań między hydrofobowymi częściami lipidów. Miedzy cząsteczkami wody , białkami oraz polarnymi grupami lipidów występują silne oddziaływania, np. oddziaływania elektrostatyczne, wiązania wodorowe, natomiast brak jest tych oddziaływań z łańcuchami wodorowymi li[pidów.
Czynniki wpływające na trwałość
Stabilizowane przez zjawiska zachodzące wewnątrz membrany jak i na powierzchni
Obecność cholesterolu wyraźnie wpływa na zwiększenie ich odporności na przebicie elektrostatyczne
Obecność w roztworze wodnym wielowartościowych jonów zwiększa napięcie na przebicie elektrostatyczne
Płynność membran
Stwierdzono że istnieje zależność między wielkością głowy polarnej lipidu lub jego części hydrofobowej a zdolnością wykonywania ruchów w błonie
Jeśli główka lipidu jest większa lub obdarzona ładunkiem, zaś część hydrofobowa jest mniejsza zmienia się również zdolność lipidu do…
Właściwości optyczne membran
BLM ze względu na ich małą grubość w bardzo małym stopniu odbijają światło
Początkowo membrana działa jak lustro
Pomiar natężenia światła odbitego od membrany jest wykorzystywany do …. całkowitej grubości membrany
Do pomiaru grubości jest wykorzystywana dyfrakcja promieni X, elipsometria powierzchni, mikroskopia plazmowa
Fotografia membrany w świetle przechodzącym pozwala na pomiar pola powierzchni dwuwarstwy. Jednocześnie pomiar powierzchni membrany umożliwia obliczenie grubości warstwy hydrofobowej membrany
Grubość membran
Zawiera się w granicach 4-13 nm
Dokładna grubość jest trudna do określenia
Pomiary grubości membran prowadzone są metodami optycznymi
Na grubość membran wpływają
- rodzaj stosowanych lipidów i długość ich łańcuchów węglowodorowych
- metoda tworzenia membran
- rodzaj rozpuszczalnika stosowanego do tworzenia membran
Pojemność elektryczna membran
BLM rozdzielająca dwa wodne roztwory elektrolitu może być traktowana jako jeden płaski kondensator, gdzie …… ………. stanowią ……….., a membrana dielektryk
Opisuje to tzw trójkondesatorowy model membrany
Zastosowanie badań
Badanie procesów formowania i stabilność membran
Pomiary grubości membran
Badanie procesów transportu przez membrany
Badanie tworzenia porów w membranach
Badanie potencjałów membran
Potencjały granicy faz
Potencjał zewnętrzny (ψ) jest określony dla punktu znajdującego się w odległości 10-4 cm od granicy fazy
Gdy zaś jest przenoszony z nieskończoności do wnętrza fazy wykonana praca jest określana jako potencjał wewnętrzny
Ładunek powierzchniowy
Składniki naturalnych błon: lipidy, białka, cukry maja ugrupowania które są obdarzone ładunkiem
Są to najczęściej ugrupowania o właściwościach kwasowo-zasadowych, których ładunek jest zależny od pH roztworu wodnego
Przy różnych pH niektóre z grup mogą ulegać dysocjacji, inne protonowaniu
Zmiana pH roztworu zmienia ładunek powierzchniowy membran
Potencjał elektrokinetyczny
Komórki lub liposomy umieszczone w polu elektrycznym poruszają się pod wpływem sił elektrostatycznych - elektroforeza
Ruchliwość elektroforetyczna jest proporcjonalna do potencjału elektrokinetycznego ξ występującego na granicy błony komórkowej i roztworu wodnego
Potencjał ten jest mniejszy od potencjału powierzchniowego
Wartość zależy od obecności składników mających ładunek elektryczny (lipidy, białka)
Zależy od: *siły jonowej i temperatury
- zmiana siły jonowej może zmienić znak potencjału elektrokinetycznego
- przy małej sile jonowej roztworu grupy cholinowe o dodatnim ładunku skierowane są do wnętrza membrany, a na zewnątrz wyeksponowane grupy fosforowe o ujemnym ładunku.
- gdy siła jonowa roztworu zwiększa się grupy polarne przyjmują położenie wzdłuż linii cząsteczki, na powierzchni membrany znajdują się grupy cholinowe mające dodatni ładunek elektryczny
Potencjał trans membranowy
Od rodzaju lipidów/białek
Składniki elektrolitu - w jakim roztworze się znajdują
WYKŁAD 4 25.05.2010
BŁONY BIOLOGICZNE W STANACH PATOLOGICZNYCH
Powstawanie nowotworu
W normalnym prawidłowo funkcjonującym organizmie współpracuje ze sobą kilkadziesiąt bilionów komórek. Komórki te kontaktują się, przesyłają sygnały, regulują wzajemnie swoje podziały i wzrost, a głównym celem ich istnienia jest przeżycie organizmu jako całości. W sytuacjach ekstremalnych komórki „poświęcają swoje życie” dla dobra wspólnoty.
W pewnym momencie pojawia się komórka intruz. Jest jej całkowicie „obojętne” jakiego typu tkanki znajdują się wokół niej, a co więcej jaka funkcję w organizmie sama powinna pełnić. Dla tej „egoistycznej” komórki priorytetem jest jej własne przetrwanie i namnażanie. Dobro całego organizmu staje więc pod znakiem zapytania. Komórka nie zważając na to kontynuuje namnażanie pomimo, że jej sąsiadki na rózne sposoby dają jej do zrozumienia że nie jest w porządku do wspólnoty.
W końcu powstaje całe ugrupowanie „egoistycznych komórek”, których celem staje się przetrwanie za wszelką cenę w organizmie. Ten groźny byt nazywany jest nowotworem. Modyfikuje on nieodwracalnie materiał genetyczny komórek nowotworowych dając im możliwość nieograniczonych podziałów, a przede wszystkim niezależność na terenie organizmu. Niesie to za sobą liczne niebezpieczeństwa.
Cechy komórek nowotworowych:
*zdolność do nadmiernych niekontrolowanych podziałów
*brak zahamowania kontaktowego, czyli charakterystycznego dla prawidłowych tkanek dystansu pomiędzy komórkami
*inwazyjność, czyli zdolność do atakowania sąsiadujących komórek prawidłowych oraz zajmowania i przerastania ich terytoriów
*immortalizacja, czyli uzyskanie zdolności do nieograniczonego przeżywania i wzrostu inaczej „nieśmiertelność” komórek ( związane między innymi z brakiem reakcji na czynniki wywołujące apoptozę, czyli zaprogramowaną śmierć komórki)
*brak różnicowania się funkcjonalnego - komórka wskutek nadmiernej proliferacji (podziałów) oraz mutacji, które zaszły w DNA traci zdolność spełniania właściwych sobie funkcji, zaczyna produkować białka nieprawidłowe lub też prawidłowe w zdecydowanym nadmiarze
*zdolność do tworzenia przerzutów (metastaz) czyli odłączanie się od nowotworu, wchodzenie do naczyń krwionośnych lub limfatycznych i krążenie w krwiobiegu, a następnie atakowanie innych tkanek i zapoczątkowanie nowych skupisk nowotworowych.
Czynniki rakotwórcze
Czynniki kancerogenne (rakotwórcze) są to czynniki mogące indukować powstawanie nowotworów. Cechuje je zdolność do specyficznego oddziaływania i modyfikowania materiału genetycznego komórki.
Czynniki zewnętrzne można podzielić na pewne grupy w zależności od ich typu lub też od miejsca występowania. Są trzy różne typy czynników zewnętrznych:
- biologiczne - wirusy np. wirus typu B zapalenia wątroby, wirus HPV - wywołujący raka szyjki macicy
- chemiczne - azbest, dym papierosowy, węglowodory aromatyczne, środki anaboliczne
- fizyczne - promieniowanie rentgenowskie, UV.
Etapy procesu nowotworowego
- inicjacja. Faza ta dotyczy pojedynczej komórki danego organizmu i polega na zaindukowaniu przez czynniki kancerogenne nieodwracalnych zmian w materiale genetycznym komórki. Rezultatem tych zmian są niekontrolowane podziały oraz stopniowa utrata zróżnicowania funkcjonalnego danej komórki.
- promocja. Etap ten cechują nadmierne podziały komórkowe, uzyskanie pewnej ruchliwości komórek, a ponadto;
- utrata zdolności funkcjonalnych właściwych prawidłowym komórkom danego typu (czyli np. zahamowanie produkcji prawidłowych białek enzymatycznych) utrata łączności z komórkami prawidłowymi oraz pojawienie się inwazyjności
- zmiany w strukturze i liczbie chromosomów
- progresja. W tej fazie zachodzą bardzo intensywne podziały komórkowe, ponadto komórki stają się praktycznie autonomiczne. Produkują substancje niezbędne do tworzenia naczyń krwionośnych.
- tworzenie przerzutów. W fazie tej dochodzi do odłączenia się komórek nowotworowych od głównego guza, następnie wędrówki przez naczynia limfatyczne i krwionośne do innych tkanek i narządów, osiedlanie się w nich i zapoczątkowanie nowych guzów (przerzutów Lu inaczej metastaz)
Metody leczenia nowotworów
- leczenie chirurgiczne - usuwa się nowotwór wraz z marginesem zdrowych tkanek
- radioterapia polegająca na zastosowaniu promieni jonizujących
- chemioterapia polega na podawaniu cytostatyków - substancji hamujących podziały komórkowe
- hormonoterapia polega na podawaniu odpowiednich hormonów
- immunoterapia polega na zastosowaniu środków zwiększających odporność organizmu
- terapia genowa - raczkująca dziedzina
Stężenie alkoholu etylowego we krwi
- liniowa zależność pomiędzy ilością spożytego alkoholu, a czasem nadużywania
- największe stężenie etanolu występuje od 60 do 90 min po spożyciu
Głównym miejscem metabolizmu metanolu jest wątroba
- etanol nie może być magazynowany w organizmie
- najważniejszym enzymem jest cytoplazmatyczna dehydrogenaza alkoholowa (ADH) utleniająca etanol di aldehydu octowego, który następnie przekształcany jest w kwas octowy przy udziale dehydrogenazy aldehydowej (ALDH)
- utlenianie alkoholu przy pomocy ADH cechuje się niską stała Km i zachodzi przy już przy małych stężeniach alkoholu we krwi
- utlenianie przebiega aż do wyczerpania substratu ze stałą szybkością ograniczoną jedynie aktywnością enzymów i dostępnością NAD+
- octan za pomocą syntetazy acetylo-CoA z wykorzystaniem ATP i CoA aktywowany jest do acetylo-CoA - centralnego związku przemian pośrednich.
Mikrosomalny system utleniania etanolu (MEOS)
- układ enzymatyczny MEOS różni się od ADH nie tylko lokalizacją, ADH do utleniania etanolu wymaga tylko NAD+, natomiast MEOS wymaga NADPH+ H+, O2, reduktazy NADPH, cytochromu P-450
- utlenianie przy pomocy MEOS odbywa się przy wyższym stężeniu etanolu we krwi. Dehydrogenaza alkoholowa wykazuje stały poziom aktywności niezależnie od ilości spożywanego alkoholu, natomiast aktywność MEOS wzrasta w następstwie długotrwałego nadużywania (enzym indukowany)
Uszkodzenia wątroby spowodowane przez etanol i aldehyd octowy
- zakres patologii wątroby związany z długotrwałym spożywaniem etanolu sięga akumulacji triacyloglicerolu w hepatocytach do marskości i raka wątroby
- zależne od etanolu duże stężenie NADH oraz acetylo-CoA w wątrobie prowadzi do zwiększonej syntezy kwasów tłuszczowych i cholesterolu, ponieważ zmniejsza się aktywność cyklu kwasu cytrynowego
- skutkiem zahamowania utleniania kwasów tłuszczowych jest ich wzmożona estryfikacja do triacylogliceroli. Na wydzielanie ich w postaci VLDL etanol wywiera ujemny wpływ i dochodzi do spichrzania lipidów (stłuszczenie wątroby)
- w przypadku przewlekłego alkoholizmu hepatocyty SA w coraz większym stopniu zastępowane tkanką łączną. Marskość wątroby jest końcowym stadium choroby i rozwija się u 10-20% przewlekłych alkoholików.
Etanol powoduje powstawanie wolnych rodników
- podczas utleniania etanolu przy udziale ADH i MEOS powstaje nie tylko aldehyd octowy, ale także wolne rodniki tlenowe. U ludzi stale nadużywających alkoholu następuje generowanie dużych ilości wolnych rodników
- zaburzenie równowagi między wewnątrzkomórkowym tworzeniem wolnych rodników, a procesem oksydacyjnym ( aktywność dysmutazy ponadtlenkowej, katalazy, peroksydazy glutationowej) prowadzi do powstawania stresu oksydacyjnego
- mózg jest narządem, który w procesach metabolicznych zużywa prawie 20% całkowitej ilości tlenu…
Alkohol a błony biologiczne
- etanol może oddziaływać z cała błoną jak i może ograniczyć się do jednej z tych warstw. Grupa hydroksylowa etanolu jest zdolna do tworzenia wiązań wodorowych z grupami polarnymi to jest fosforanowymi, karboksylowymi i grupami aminowymi, podczas gdy grupa hydrofobowa może reagować z hydrofobowymi regionami makrocząsteczek.
- podczas działania etanolu dochodzi do zmiany w wiązaniach wodorowych i elektrostatycznych pomiędzy lipidami a białkami, na skutek zastąpienia cząsteczek wody alkoholem. Ważną rolę odgrywają glikofosfolipidy i glikoproteiny błon biologicznych, ponieważ etanol łatwo wiąże się do ich polarnych główek polisacharydowych. Etanol związany z zewnętrzną powierzchnią błony powoduje powstanie granicy faz pomiędzy glikolipidem (gangliolizydem) i receptorami białkowymi. W ten sposób alkohol może „łamać uszczelnienia”, które stworzyła woda pomiędzy gangliolizydami a białkami receptora.
- łączenie alkoholu z zewnętrzną powierzchnią cytoplazmatyczną błon, wbudowywanie się jego cząsteczek pomiędzy główki cząsteczek fosfolipidów w konsekwencji prowadzi do zwiększenia jej płynności. Zostało to potwierdzone zarówno dla niskich jak i wysokich stężeń etanolu.
- małe stężenie etanolu powoduje wzrost aktywności Na+, K+, ATPazy w synaptycznych membranach, natomiast przy stężeniach wyższych niż 1% zahamowanie jej aktywności.
- etanol w stężeniu blokującym przewodnictwo sygnałów powoduje pęcznienie błon o 2-3% wzrost objętości komórki jest o około 10 razy większy niż objętość etanolu wbudowanego w błony.
Aldehyd a błony biologiczne
- aldehyd octowy jest związkiem bardzo aktywnym chemicznie i reaguje z wieloma endogennymi składnikami ustroju. Związane jest to z elektrofilowym charakterem grupy karbonylowej aldehydu, która łatwo łączy się z substancjami nukleofilnymi. W związku z tym aldehyd może tworzyć połączenia z lipidami, kwasami nukleofilowymi i białkami.
- aldehyd wiąże się z białkami za pomocą wiązań kowalencyjnych zmieniając i strukturę i funkcję białek.
- powstające połączenia aldehyd-białko powodują zmianę struktury, a w konsekwencji właściwości fizykochemicznych i biologicznych białek. Zmiana właściwości białek pociąga za sobą również zmianę właściwości fizykochemicznych błony.
Reaktywne formy tlenu a błony biologiczne
- w zatruciu alkoholem następuje wzmożona generacja wolnych rodników, które mogą wywołać wiele zmian w organizmie. Szczególnie narażone na ich działanie są polinienasycone kwasy tłuszczowe wchodzące w skład lipidów, jak tez białka i węglowodany. Duża reaktywność RFT powoduje iż mogą one reagować z każdą (zdolna do oddawania elektronów) cząsteczką chemiczną znajdującą się w ich otoczeniu.
- pod wpływem działania reaktywnych form tlenu, a zwłaszcza rodnika hydroksylowego dochodzi do utlenienia wielonienasyconych kwasów tłuszczowych
- peroksydacja lipidów zmniejsza różnice potencjałów elektrycznych po obu stronach błon (depolaryzacja błony), zaburza asymetrie lipidową błon powodując ekspozycję na zewnętrznej powierzchni błony plazmatycznej fosfatydyloseryny, normalnie obecnej tylko w wewnętrznej cytoplazmatycznej połówce dwuwarstwy lipidowej.
- peroksydacja powoduje również zahamowanie aktywności enzymów błonowych i białek transportowych
- ostatecznym wynikiem tych procesów może być utrata integralności błon wewnątrzkomórkowych i błony plazmatycznej
- reakcje reaktywnych form tlenu z białkami prowadza do modyfikacji reszt aminokwasowych, modyfikacji grup prostetycznych (czyli nieaminokwasowych składników białek złożonych) oraz agregacji lub fragmentacji cząsteczek białkowych. Zazwyczaj wszystkie te modyfikacje występują obok siebie, a ich względny udział w uszkodzeniu białek zależy od charakteru źródła i warunków ekspozycji na reaktywne formy tlenu.
Mechanizm działania witamin
*witaminy wpływają w sposób bezpośredni lub pośredni na komórkowe procesy metaboliczne
- jako koenzymy (witaminy z grupy B ulegają w organizmie konwersji do aktywnych postaci będących ko faktorami enzymów)
- jako biologicznie czynne składniki o charakterze hormonów ( głównie pochodne witaminy A i witaminy D)
- jako naturalne antyoksydanty (tokoferol[Wit. E], kwas askorbinowy [Wit. C] β-karoten)
Dzienne zapotrzebowanie na witaminy jest niewielkie (zalecane normy są wyrażone w µg lub mg/dzień)
- niedobór witamin prowadzi do hipowitaminozy, a całkowity brak do awitaminozy
- nadmierne spożycie lub przedawkowanie niektórych z witamin jest również bardzo szkodliwe i może powodować hiperwitaminozy z objawami zatrucia
- zaburzenia w zakresie trawienia i wchłaniania tłuszczów mogą być przyczyną niedoboru witamin rozpuszczalnych w tłuszczach
- ze względu na magazynowania w organizmie nadmiaru tych witamin występować mogą objawy zatrucia
- witaminy rozpuszczalne w wodzie (z wyjątkiem B12) nie SA magazynowane a ich nadmiar jest wydalany z moczem, co sprawia ze muszą by stale dostarczane.
Podstawą klasyfikacji witamin jest ich rozpuszczalność w wodzie i tłuszczach
Witaminy rozpuszczalne w wodzie
*witamina C, *witaminy z grupy B (B1, B2, B3, B5, B6, B7, B9, B12)
Witaminy rozpuszczalne w tłuszczach
*witamina A, *witamina E, 8witamina D, *witamina K
Witamina C (kwas askorbinowy)
Występowanie: owoc dzikiej róży, owoc bzu czarnego, owoc jarzębiny, papryka, owoc czarnej porzeczki, kiwi, truskawka
Funkcje w organizmie:
- niezbędna do syntezy kolagenu
- uczestniczy procesach metabolicznych jako substancja przenosząca elektrony w układzie oksydoredukcyjnym (synteza adrenaliny, hormonów kory nadnerczy),
- działa antyoksydacyjnie (przeciwdziała tworzeniu przez reaktywne formy tlenu oksydacyjnych uszkodzeń w DNA, a także uczestniczy w usuwaniu uszkodzeń przez regulację enzymów naprawczych)
- dzięki swoim właściwościom przeciwutleniającym zmniejsza ryzyko wystąpienia chorób nowotworowych, chorób serca i zaćmy
- nasila wchłanianie żelaza z przewodu pokarmowego
Niedobór witaminy C
- szkorbut (gnilec) klasyczny zespól chorobowy spowodowany upośledzeniem syntezy kolagenu
- wywołuje oznaki starości; zmęczenie, apatia, pochylenie sylwetki ciała
Witamina C jest nietrwała
Witamina E (tokoferol)
Występowanie: zboża, wątroba, jaja, oleje z kiełków
Funkcje w organizmie:
- naturalny antyoksydant
- reguluje ekspresję genów
- niezbędny u mężczyzn do prawidłowej produkcji spermy
Niedobór witaminy E
- niedokrwistość u noworodków
- zmiany zwyrodnieniowe układu nerwowego i rozrodczego
- choroby sercowo-naczyniowe
- zmiany skórne
Nadmiar witaminy E
- zmęczenie, osłabienie, bóle głowy, zaburzenia widzenia - spożycie dzienne przez dłuższy czas powyżej 1g octanu α-tokoferolu
Makroelementy - pierwiastki, których dobowe zapotrzebowanie w diecie człowieka przekracza 100mg
Pierwiastek |
Źródło |
Funkcja |
Na |
Sól kuchenna |
regulacja osmotyczna, potencjał błonowy, metabolizm składników mineralnych |
K |
Warzywa, owoce, zboża |
potencjał błonowy, metabolizm składników mineralnych |
Ca |
Mleko, produkty mleczne |
budowa kości, krzepnięcie krwi, substancja sygnałowa |
Mg |
Zielone warzywa |
budowa kości, kofaktor enzymów |
Cl |
Sól kuchenna |
przemiany składników mineralnych |
P |
Mięso, mleko, zboża, owoce |
budowa kości, przemiany energetyczne, metabolizm kwasów nukleinowych |
S |
Aminokwasy zawierające siarkę |
metabolizm lipidów i węglowodanów, tworzenie koniugatów |
Asymetria jonowa pomiędzy komórką a środowiskiem (płynem pozakomórkowym) i stałość składu jonowego komórki ma ważne znaczenie dla zabezpieczenia normalnego przebiegu procesów komórkowych.
Podtrzymanie nierównomiernego rozmieszczenia jonów pomiędzy komórką a środowiskiem odbywa się drogą aktywnego transportu przez błonę komórkową.
Na i Cl to główne składniki płynu pozakomórkowego, podczas gdy Mg i K są najważniejszymi elektrolitami wewnątrzkomórkowymi
Mikroelementy - pierwiastki występujące w bardzo małych (śladowych) ilościach w organizmach roślinnych zwierzęcych
U ludzi zapotrzebowanie na te pierwiastki wynosi poniżej 100mg/dobę
Pierwiastek |
Źródło |
Funkcja |
Fe |
Mięso watroba, jaja, warzywa, zboża, |
hemoglobina, mioglobina, cytochromy, kompleksy Fe/S |
Zn |
Mieso, watroba zboza |
enzymy zalezne od Zn |
Mn |
Powszechnie w pożywieniu |
enzymy |
Cu |
Mięso, warzywa, owoce, ryby |
oksydazy |
Co |
Mięso |
witamina B12 |
Cr |
- |
niewyjasniona |
Mo |
Zboża, orzechy, owoce straczkowe |
enzymy redoks |
Se |
Warzywa mięso |
enzymy zalezne od selenu |
Jod |
Ryby morskie, sól jodowana, woda pitna |
tyroksyna |
F |
Woda pitna (częściowo fluorowana), herbata, mleko |
Kości, zębina |
Wyszukiwarka