Dolo*itev porazdelitvenega koeficienta amfifilnih molekul

Report
Vpliv porazdelitvenega
koeficienta amfifilnih
molekul na kontrast pri
flourescenčni
mikroskopiji
Avtor:Boštjan Kokot
Mentor: prof. dr. Janez Štrancar
Somentor: dr. Tilen Koklič
Zakaj flourescenčna
mikroskopija?
Flourescenca
• Molekula absorbira svetlobo ene
valovne dolžine in odda svetlobo
daljše valovne dolžine(Stokesov
premik).
• Vidna svetloba λ=400-700nm
• Flourescenca možna tudi pri UV/IR
Diagram Jablonskega
Stokesov premik
Postavitev osnovnih elementov za flourescenčne poksuse
2
1
Zakaj bi se sploh lotili teme
porazdelitvenega koeficienta?

2
1
1
Kaj vpliva na to da je molekul
na nekem mestu več?
• Zaradi medatomskih in medmolekulskih interakcij:
• Hidrofilnost
• Hidrofobnost
• Amfifilnost
• Glede na zgradbo molekul:
•
•
Lastnosti atomskih skupin
Zaporedje atomskih skupin
• Hidrofilna (polarna) molekula
•
Dolžina molekule
• Hidrofobna (nepolarna) molekula
• Amfifilna molekula
Amfifilne molekule
Hidrofilna
glava
Hidrofoben
rep
• So večinoma slabo topne v vodi
• Namesto čistih raztopin tvorijo
koloidne dipserzije
• So površinsko aktivne molekule
• Pri večjih koncentracijah v snovi
tvorijo agregate
Amfifilni označevalci
• Hidrofilna glava
• Hidrofoben rep
Agregati amfifilnih molekul
• Micela
• Ravni dvosloj
• Liposomi
Enolamelarni vesikli
Večlamelarni vesikli
Liposomi so preprost
model za celično
membrano
Prosta energija
• Razlike prostih entalpij G ‚poganjajo‘ transport snovi.
G =  + 
• Prosta energija in prosta entalpija sta pri urejanju bioloških
sistemov enakovredni, ker je pV konstanten:
∆ = 1 − 2 = 1 − 2 = ∆
• Prosta energija ureja sistem – določa ravnovesno stanje.
∆ = 0 = ∆
Za ravnovesni sistem.
 =  − 
Dvofazni sistem v ravnovesju
Oznake:
ΔE – energijska razlika v obeh prostorih
Nk – število konformacij
ζ – razmerje velikosti konformacijskih prostorov
c – koncentracija
Kj – porazdelitveni koeficient
j – štejemo po vseh molekulah v sistemu
Δ = 0 za fazi v ravnovesju
 − 
1
=  − 
2
,1 + log ,1  ,1
=
,2 + log ,2  ,2


log
,2
 =
,1
 ,1  ,1
 ,2  ,2

=
 ,2
−
 
,2  ,2
= −
,1  ,1
 ,1
 ∆

 =

  =
 ∆
−  


 ,2
 ,1
Ocena koeficienta za maščobno
molekulo v vodi
• Imamo 1 molekulo maščobe (MM)
• Obkoržena je z molekualmi vode
• j teče od 1 do  + 1 kolikor je molekul v sistemu

  =
 ∆
− 

 =

∆ +  Δ
2
−


  
 - razmerje velikosti konformacijskih prostorov vode
 - porazdelitveni koeficient vode
Δ - energijska razlika MM
  Δ
Δ
Δ - energijska razlika vode
2 2
0
-0,1 eV
 - razmerje velikosti konformacijskih prostorov MK
 - število molekul vode


 Kp
106
30
102
107
25 10−1
106
25
1
105
35
105
Porazdelitveni koeficient
 =
 =
1
 
1
1 1
1 1
Indexi
m, 1 - koncenctracija MM v
membrani
V, 1 – koncentracija MM v vodi
1 1
=  
1 1
•  dosega vrednosti:
- med 1 in 1000 za maščobne molekule (MM)
- ≪ 1 za hidrofilne molekule
1
1
1
2
1
2
• Kakšen bo kontrast pri Kp=100?
1
1
=
1
  
1
3
≅ 1 piksel z membrano
4nm
160 nm
  
1 + 1 3 + 1
 ∝
=
≅
=4
  
2
1
Primerjava kontrastov
Problemi pri uporabi takih
molekul-npr. kontrast slik
• Več faz med katerimi prehajajo amfifilne molekule:
-Kot primer prenasičenost raztopine z amfifilnimi molekulami:
tvorba micel in drugih agregatov
• Močna/šibka hidrofobnost/hidrofilnost amfifilnih molekul
- Šibka hidrofilnost (hiter prehod v vse notranje membrane)
- Visoka hidrofilnost (amififil ostane na površini membrane)
- Močan hidrofilen in hidrofoben del na isti molekuli, povzroči
raztapljanje membrane
 Retultat : slabo kontrast pri flourescenčni mikroskopiji
Problem – tvorba agregatov
• Maščobne
molekule v večih
fazah
• Micele, liposomi,
monomeri
• Že pri dveh fazah
dobimo sistem
sklopljenih
diferencialnih
enačb
K1
K2
4nm
160 nm
Povzetek
•
•
•
•
•
•
Osnove flourescnce
Kaj je kontrast
Amfifilne molekule: hidrofobnost, hidrofilnost
Zaradi te narave, tvorba agregatov
Definicija porazdelitvenega koeficienta
Energijsko/entropijsko delikatno ravnotežje preprostega
sistema maščobna molekula-voda
• Primerjava slike dveh kontrastov
• Problem tvorbe agregatov (micel) pri kontrastu, ko slikamo s
flourescenčno mikroskopijo
Hvala za vašo pozornost. 
Meritev porazdelitvenega
koeficienta_backup
• Opazovanje enega značilnih
parametrov fluorescence, ko
eksperimentalno
spreminjamo koncentracijo
maščobne faze v sistemu
• Kvantni izkoristek,
absorpcija, anizotropija,
življenski čas fluorescence,…
• Enačba na desni predstavlja
odvisnost parametra od
spreminjanja koncentracije

γ-molarni volumen lipida: γ = 

[L]-koncentracija fosfolipida
p-spreminjajoči se parameter (A, φ, τ,…)
Z nekaj truda do boljše slike

similar documents