Взаимодействие биополимеров с поверхностью

Многоклеточные организмы могут существовать только потому, что имеются определенные взаимодействия между клетками, приводящие, с одной стороны, к объединению клеток и, с другой стороны, к исключению чуждых для данного организма или данной ткани клеток. Такие взаимодействия зависят обычно от двух типов веществ биополимеров, локализованных на поверхности клетки, и внеклеточных биополимеров и те и другие вещества, по-видимому, обычно являются углеводсодержащими биополимерами. [c.602]

Можно ожидать, что рассматриваемое свойство слизистого вещества определяется конформационным состоянием его макромолекул в растворе. Поскольку гидродинамические свойства белковых молекул являются функцией электростатической энергии взаимодействия ионогенных групп, находящихся на внешней поверхности спиралеобразного клубка [7], то их конформационное состояние зависит от числа и природы заряженных групп в них. В связи с этим необходимо изучение электрохимических свойств биополимеров, обладающих способностью к снижению гидродинамического сопротивления. [c.69]

Поликатионы, физиологическая активность которых зависит в первую очередь от плотности и распределения положительных зарядов и только затем — от конкретной структуры (гидрофильно-липофильного баланса, других функциональных групп, М и ММР и т. д.). Поликатионы кооперативно взаимодействуют с биополимерами с образованием полиэлектролит-ных комплексов (большинство биополимеров — полианионы) и сильно связываются поверхностью клеток. [c.11]

Взаимодействие биополимеров и клеток с нанокластерами золей металлов носит специфический характер и может отличаться для разных металлов. Бактериальному концентрированию металлов предшествует их адсорбция на поверхности клетки с последующей их ассимиляцией. При этом может происходить укрупнение кластеров золя без адсорбции на поверхности клетки (флокуляция) или адсорбция с последующим осаждением металл-бактериальных агрегатов (гетерокоагуляция). Подобно наносистемам на основе полимеров, наиболее устойчив золь с размерами около 10 нм. Важнейшим свойством коллоидно-бактериальной наносистемы по сравнению с полимерами является наличие специфических взаимодействий. Так, живые клетки, например Ba illus subtilis, способны к адсорбции коллоидных кластеров и образованию агрегатов, в то время как для неактивных клеток адсорбция почти не происходит [18]. [c.467]

Сравнительная легкость получения, высокая стабильность, возможность широкого варьирования и направленного изменения химии концевых груш1, близкая к идеальной упаковка молекул — все это делает упорядоченные монослои прекрасным модельным объектом для изучения молекулярных механизмов таких явлений, как специфическая адсорбция, смачивание, адгезия, трение и т. п. Высокоупорядоченные модельные системы по типу представленных на рис. 5.4 являются прекрасными стартовыми объектами для конструирования поверхностей с заданной двух- и трехмерной структурой. Изучение механизмов самосборки на поверхности и свойств упорядоченных структур представляет огромный фундаментальный и практический интерес. Такие поверхности применяются для создания сенсоров [58-61], в оптико-электронных и полупроводниковых технологиях [62], для создания изделий нано- и микромеханики [63,64] и нанолитографии [65], для моделирования взаимодействий биополимеров и клеток с поверхностью и разработки биосовместимых материалов [66-70] и др. В живой природе самосборка упорядоченных монослойных структур играет главную роль при образовании клеточных мембран [71]. Последние достижения по методам получения, исследования и свойствам упорядоченных монослоев рассмотрены в обзорных работах [72-74]. [c.181]

Изучению механизма адсорбции биополимеров на различных поверхностях посвящено огромное число экспериментальных и теоретических работ и написано значительное количество обзорной литературы и книг. Для ознакомления с последними достижениями в данной области см. [518-521]. Несмотря на интенсивные исследования в силу исключительной сложности процесса многие аспекты механизма адсорбции белков являются спорными и не вполне разрешенными. Согласно общепринятым представлениям [515], начальными процессами неспецифической сорбции белков являются гидрофобные взаимодействия между поверхностью и гидрофобными участками белка. Первичная адсорбция в значительной степени обратима и связь белка с поверхностью несильная. Однако вслед за первичной адсорбцией может последовать частичная денатурация и разворачивание белковой глобулы, что приводит к увеличению силы взаимодействия белка с поверхностью и необратимости адсорбции. Для реальных биологических жидкостей, содержащих сотни белков и других веществ, ситуация значительно усложняется благодаря конкурентным адсорбционным и постадсорбционным взаимодействиями, что усложняет исследование и описание происходящих процессов. [c.497]

Однако у них появляются существенно иные черты, которые называются функциями. Функции возникают в результате появления новых структурных форм молекул, так называемьтх надмолекулярных структур. Надмолекулярная структура — результат межмолекулярного взаимодействия двух макромолекул биополимеров. В результате этого молекулы биополимеров приобретают формы спиралей, двойных спиралей, клубков, имеющих внешнюю поверхность и внутренние каналы, полости разнообразной формы. При этом происходит экранирование большинства реакционных центров окружающими остатками из атомов органогенов, особенно углеводородными фрагментами. За счет этого резко понижается химическая активность молекулы биополимера, сильно снижается ее уязвимость по отношению к химическим реагентам, присутствующим в живой клетке (особенно таким, как НзО" , ОН , [c.719]

Взаимодействие вирусных частиц с поверхностными антигенами эритроцитов имеет значение на первых стадиях вирусной инфекции в организме животных и человека. Так, в опытах in vitro показано, что вирус гриппа прикрепляется к поверхности эритроцитов, вызывая их агглютинацию. Затем под действием нейраминидазы вируса происходит освобождение вирусных частиц и изменение антигенных свойств поверхности эритроцитов. Об углеводсодержащем биополимере—рецепторе вируса см. Иммунохимическими методами показано присутствие и ряда других антигенов на поверхности эритроцитов. [c.603]

Хорошо известно, что отделенные друг от друга эмбриональные клетки, принадлежащие одной и той же ткани, обладают способностью соединяться с образованием специфических тканевых структур. Механизм этого явления пока не выяснен окончательно. Одни исследователи считают, что такое объединение происходит в результате специфического взаимодействия поверхностей клеток . По данным других авторов, существенное значение при таком взаимодействии имеет межклеточное вещество гликопротеидной природы, так называемый межклеточный цемент . По крайней мере в некоторых случаях внеклеточные углеводсодержащие биополимеры играют важную роль в сцеплении клеток. Так, клетки, образующиеся при делении яйца морского ежа, удерживаются в соединении друг с другом лишь в том случае, если присутствует внеклеточный полисахарид гиалин . Такого рода внеклеточные углеводсодержащие биополимеры играют, вероятно, важную роль в процессах тканевой дифференциации. [c.605]

Вода играет важную роль в живых системах и в значительной степени определяет структуру и функции биологических полимеров, таких, как белки. Однако в этом сообщении мы сконцентрируем внимание в первую очередь не на том, как влияет вода на биополимеры, а на влиянии биополимеров на воду, которая с ними взаимодействует. Представляют интерес изменения структурных, энергетических и динамических свойств молекул воды. В результате изучения вращательной подвижности молекул воды на поверхности белков молекулы растворителя были поделены на три группы [1]. Первая группа включает быстро реориентируемые молекулы с временем вращательной релаксации (тг) не более 10 " с. В следующую группу входят частицы, имеющие время вращательной релаксации пример,но 10 с они предположительно идентифицируются как молекулы воды, связанные сильной связью с ионными остатками. Третья группа имеет Тг порядка 10- с эти молекулы растворителя считаются связанными с макромолекулами связями, запрещающими вращение примером могут служить четыре молекулы воды, распо- [c.31]

Проблема лектинов привлекает внимание во многих аспектах. Так, специфически связывая углеводы и углеводсодержащие биополимеры, лектины оказывают влияние на многие биологические процессы они неоценимы для количественного выделения и тонкой характеристики углеводов и других веществ, содержащих углеводные остатки лектинами стали пользоваться для изучения молекулярной архитектуры клеточной поверхности и ее изменений. Важную роль лектины играют и в процессах узнавания . Так, например, есть данные, что азотфиксирующие микроорганизмы узнают корневые волоски бобовых растений вследствие взаимодействия полисахаридов и липополи-сахаридов оболочек микроорганизмов с лектинами растений. [c.98]

Кроме прививки к уже имеющимся в белке функциональным группам, прививка может быть осуществлена также за счет групп, введенных в белок путем химической модификации. Так, например, белок можно ввести во взаимодействие с малеиновым ангидридом, хлорангидридом акриловой кислоты или другими соединениями, в результате чего в биополимере появляются непредельные группы [354] последующее проведение полимеризации непредельных мономеров в присутствии таких предварительно винилированных белков приводит к образованию привитых сополимеров этих белков. Такие работы были проведены Спикменом и сотр. [304, 306] шерсть пропитывали раствором малеинового ангидрида в инертном растворителе, а затем нагревали в течение 30 мин при 85°. После этого образец вновь пропитывали раствором метилметакрилата и перекиси бензоила (0,5% от веса мономера). Нагревание образца при 85° приводило к образованию на поверхности волокон прочной пленки сополимера. [c.428]

Для понимания свойств прочносвязанной воды необходимо учесть, что ее фракция неоднородна в отношении участков и групп биополимера, с которыми взаимодействуют молекулы воды. Вода связывается прежде всего на граничаш ей с ней поверхности биополимера. Следовательно, движение прочно связываюш их ее соот-ветствуюш их боковых групп должно определять и времена жизни этой фракции молекул связанной воды. Это будет, конечно, справедливо, если время жизни молекул [c.236]

Полная третичная структура биологической макромолекулы может быть установлена в настоящее время лишь с помощью рентгеновской кристаллографии и некоторых тесно связанных с ней дифракционных методов (гл. 13 и 14). Все эти методы требуют включения молекул в хорошо упорядоченные кристаллические структуры, а это можно сделать лишь в случае некоторых биополимеров. Дело в том, что определенная часть биологических молекул или систем неупорядочена по самой своей природе. Такие системы невозможно исследовать с высоким разрешением с помощью дифракционных методов. Если получить достаточно совершенные кристаллы не удается, можно попытаться исследовать третичную структуру биополимера, используя сочетание ряда менее информативных методов. Электронная спектроскопия и гидродинамические методы (гл. 10-12) дают сведения о размере и форме молекулы. Ряд физических и химических подходов может дать информацию о том, доступны ли определенные звенья для взаимодействия с молекулами раствора. Если такое взаимодействие имеет место, мы можем заключить, что эти звенья расположены преимущественно на поверхности изучаемой структуры, а в противоположном случае — в глубине. Некоторые спектроскопические методы позволяют получить более детальные сведения о третичной структуре. Так, затратив значительные усилия, можно измерить с их помощью расстояние между определенными точками внутри изучаемой структуры. Трудность заключается в том, что при этом удается определить в одном опыте лишь одно из расстояний. [c.25]

На практике невозможно использовать выщеописанную подробную картину взаимодействия вода—биополимер для расчета гидродинамических свойств белков или нуклеиновых кислот. К тому же нет уверенности, что вклад в гидродинамические свойства обусловлен только прочно связанными молекулами воды. Для объяснения ряда гидродинамических свойств обычно принимают упрощенную модель гидратации. Согласно этой модели, считается связанной вся взаимодействующая с макромолекулой вода независимо от характера и силы связи. Предполагается, что вода заполняет внутреннее пространство, а также покрывает поверхность биополимера, сглаживая неровности. Допускается также, что неполнота.информации как о свойствах, так и о количестве связанной воды не имеет существенного значения. [c.190]

Гидрофильные поверхности. Гидрофильные поверхности должны хорошо смачиваться водой, т.е. содержат полярные функциональные группы, интенсивно взаимодействующие с водой, например ОН, О, ЗОзН, СООН и др. Монослои с гидроксильными концевыми группами представляют особый интерес в связи с их применением для бионезагрязняемых поверхностей и адсорбентов для разделения биополимеров. Поскольку гидроксильные группы не совместимы с якорными кремнийорганическими группами, получение таких монослоев необходимо проводить в несколько этапов, используя методы сборки на поверхности. Наиболее распространенные методы включают окисление двойных связей, восстановление эфиров, гидролиз эпокси-циклов и др. [54,102,193,362-364] (рис. 5.66). [c.266]

Важнейшим требованием к сорбентам для хроматографии биополимеров является полная десорбция анализируемых соединений. Казалось бы, что при больших размерах разделяемых молекул они менее чувствительны к одрюродности поверхности, однако любые дефекты покрытия могут привести к необратимой сорбции. Это связарю с наличием на периферии макромолекул многих биополимеров кислотных и основных групп, способных к сильным взаимодействиям с различными адсорбционными центрами, а также с многоточечной адсорбцией макромолекул. Эти взаимодействия не всегда можно устранить введением добавок в элюент. [c.438]

Для разделения и анализа биополимеров широко используется эксклюзионная хроматография, где основным требованием к сорбентам является полное отсутствие адсорбции разделяемых соединений. Материалы на основе кремнезема индуцируют неспецифические взаимодействия с белками в водной среде из-за природы их поверхности (в основрюм из-за силанольных групп). Поэтому поверхность кремнезема должна быть модифицирована в целях использования сорбентов на его основе [c.438]

Цитированные результаты, на наш взгляд, убедительно демонстрируют, что такие характеристики поверхности, как гидрофильность и гидрофобность, совершенно недостаточны для описания модифицированных поверхностей применительно к их взаимодействию с биологическими объектами. Понятхю, что адсорбционные свойства зависят также и от динамических свойств привитых молекул, степени кристалличности монослоев, наличия разупорядоченных доменов, их распределения и т. п. Влияние данных параметров поверхности на адсорбцию биополимеров и клеток практически не исследовано, и можно предположить, что это направление будет бурно развиваться в ближайшее время. [c.503]