| Abstract: | Biološke membrane predstavljajo eno izmed najbolj pomembnih struktur v
celicah. Sestavljene so iz različnih vrst proteinov, peptidov in ogljikovih
hidratov, ki plavajo v lipidni dvojni plasti.
Zelo pomembna lastnost lipidne membrane, ki vpliva na njene mehanizme,
je elasticnost. Anizotropija
je bila vključena v opis membrane preko upoštevanja deviatorja ukrivljenosti namesto Gaussove
ukrivljenosti in kasneje tudi z vpeljavo orientacijskega reda anizotropnih
komponent. Anizotropne komponente membrane imajo dve različni
lastni/notranji ukrivljenosti.
Stabilnost močno ukrivljenih struktur kot so na primer tubularne strukture,
ki rastejo iz matičnega vezikla, membranske pore, membranske brsti in
nelamelare faze, še niso popolnoma razložene, saj teorije, ki upoštevajo samo
izotropne membranske komponente, ne zadostujejo.
Doktorska disertacija je orientirana teoretično. V njej smo se potrudili
pokazati, da lahko stabilnost močno ukrivljenih membranskih struktur razložimo
s upoštevanjem anizotropije membranskih komponent. Za predmet
naših raziskav smo izbrali dve strukturi: invertno heksagonalno lipidno fazo
in dolge tanke membranske cevke lipidnih veziklov, ki predstavljata tipična
primera močno ukrivljenih lipidnih membran.
Prvi del doktorske disertacije se osredotoča na iskanje stabilnih oblik invertne
heksagonalne faze in na vrednosti elastičnih parametrov v tej fazi (lastna
ukrivljenost in natezna trdnost lipidnih verig) v odvisnosti od temperature.
V ta namen smo vpeljali teoretični model, v katerem smo obravnavali lipidne
molekule kot anizotropne klinaste delce, lipidne verige pa še dodatno kot
prožne vzmeti. Upoštevali smo tudi da je presek
invertne heksagonalne faze različen od popolnega kroga. Stabilne oblike smo
določili z numerično minimizacijo proste energije lipidne membrane. Prosto
energijo membrane invertne heksagonalne faze smo izpeljali na podlagi metod
statistične fizike, kjer smo upoštevali možnost vertikalne rotacije anizotropnih
fosfolipidnih molekul z vpeljavo povprečnega orientacijskega reda.
Iz minimizacije proste energije invertne heksagonalne faze smo
pridobili stabilne oblike preseka, ki so bili vmes med ostro heksagonalo in
povsem okroglo obliko. Naše izračunane
oblike so se zelo dobro ujemale z eksperimentalnim. Na podlagi primerjav
naših izračunov z eksperimentalnimi rezultati smo določili možne vrednosti
elastičnih parametrov lipidne membrane v invertni heksagonalni fazi.
V drugem delu doktorske disertacije so nas zanimali mehanizmi stabilizacije
tubularnih lipidnih struktur, ki rastejo iz lipidnih veziklov zaradi
adhezije ukrivljenih paličastih proteinov. Te proteine smo obravnavali kot fleksibilne delce s podobno upogibno trdostjo
kot je upogibna trdnost membrane, ko so močno vezani na površino
membrane. Izpeljali smo teorijo, ki vsebuje elastično energijo membrane ter
elastično energijo na površino membrane adheziranih anizotropnih proteinov
in njihov entropijski prispevek.
Izračunali
smo prosto energijo ter razporeditev proteinov za razlicne premere membranskih
cevk in razlicne lastne ukrivljenosti proteinov. Rezultate smo kvalitativno
primerjali z že objavljenimi eksperimentalnimi rezultati na celicnih
membranah in na veziklih.
Z našimi teoretičnimi modeli smo pokazali, da so lahko zelo ukrivljene membranske
strukture, kot je invertna hexagonalna faza ali tanke valjaste membranske
strukture, stabilne zaradi anizotropije njihovih gradnikov (fosolipidi,
proteini ali proteinske domene). Z upoštevanjem orientacijske entropije se
prosta energija membrane z anizotropnimi delci bistveno zniža, zato se struktura
mehansko stabilizira. Brez upoštevanja anizotropije delcev prosta energija
v takih strukturah ne bi imela minimuma. |
|---|
