Az élő sejt fizikai Biológiája:

Hasonló dokumentumok
Fizikai biológia. Modellépítés kiinduló szempontjai. Mitől élő az élő? Az élő sejt fizikai Biológiája

Az élő sejt fizikai Biológiája Kellermayer Miklós

Orvosi Biofizika. A tudomány küldetése A valóság minél pontosabb megismerése - a tudományos igazságok feltárása. Orvosi Biofizika

Transzportfolyamatok a mikroszkópikus méretskálán: Diffúzió, Brown-mozgás, ozmózis. A sejt méretskálája. Biomolekuláris rendszerek méretskálája

DNS, RNS, Fehérjék. makromolekulák biofizikája. Biológiai makromolekulák. A makromolekulák TÖMEG szerinti mennyisége a sejtben NAGY

Orvosi Biofizika. Orvosi Biofizika. A tudományos igazság alapja. Orvosi Biofizika

ALKÍMIA MA Az anyagról mai szemmel, a régiek megszállottságával.

AZ ÉLET KÉMIÁJA... ÉLŐ ANYAG SZERVEZETI ALAPEGYSÉGE

Biomolekuláris szerkezet

Tartalom. A citoszkeleton meghatározása. Citoszkeleton. Mozgás a biológiában A CITOSZKELETÁLIS RENDSZER 12/9/2016

Orvosi Biofizika. Tematika. Biomolekuláris rendszerek mérettartománya. A tudományos igazság alapja Termodinamika. Komplexitás. Kellermayer Miklós

Biomolekulák nanomechanikája A biomolekuláris rugalmasság alapjai

A CITOSZKELETÁLIS RENDSZER (Nyitrai Miklós, )

Konferencia a tapasztalatok jegyében

BIOKÉMIA. Simonné Prof. Dr. Sarkadi Livia egyetemi tanár.

Citoszkeleton. Sejtek rugalmassága. Polimer mechanika: Hooke-rugalmasság. A citoszkeleton filamentumai. Fogászati anyagtan fizikai alapjai 12.

NUKLEINSAVAK. Nukleinsav: az élő szervezetek sejtmagvában és a citoplazmában található, az átöröklésben szerepet játszó, nagy molekulájú anyag

Biomolekuláris nanotechnológia. Vonderviszt Ferenc PE MÜKKI Bio-Nanorendszerek Laboratórium

Abszorpciós spektroszkópia

Tartalomjegyzék. Emlékeztetõ. Emlékeztetõ. Spektroszkópia. Fényelnyelés híg oldatokban A fény; Abszorpciós spektroszkópia

BIOGÉN ELEMEK Azok a kémiai elemek, amelyek az élőlények számára létfontosságúak

11/15/10! A CITOSZKELETÁLIS RENDSZER! Polimerizáció! Polimerizációs egyensúly! Erő iránya szerint:! 1. valódi egyensúly (aktin)" Polimer mechanika!

Biofizika szeminárium. Diffúzió, ozmózis

A nukleinsavak polimer vegyületek. Mint polimerek, monomerekből épülnek fel, melyeket nukleotidoknak nevezünk.

Tartalomjegyzék. Emlékeztetõ. Emlékeztetõ. Spektroszkópia. Fényelnyelés híg oldatokban 4/11/2016. A fény; Abszorpciós spektroszkópia

Fehérjék nanomechanikai tulajdonságainak vizsgálata Atomi Er Mikroszkópiával NEMES CSILLA

Víz. Az élő anyag szerkezeti egységei. A vízmolekula szerkezete. Olyan mindennapi, hogy fel sem tűnik, milyen különleges

Az életet nagyon sok szerveződési szinten tanulmányozhatjuk

Makromolekulák. Fehérjetekeredé. rjetekeredés. Biopolimer. Polimerek

A BIOLÓGIAI JELENSÉGEK FIZIKAI HÁTTERE Zimányi László

Műszeres analitika. Abrankó László. Molekulaspektroszkópia. Kémiai élelmiszervizsgálati módszerek csoportosítása


Orvosi Biofizika I. 12. vizsgatétel. IsmétlésI. -Fény

sejt működés jovo.notebook March 13, 2018

Biofizika I

Bevezetés a lézeres anyagmegmunkálásba

A felépítő és lebontó folyamatok. Biológiai alapismeretek

FEHÉRJÉK A MÁGNESEKBEN. Bodor Andrea ELTE, Szerkezeti Kémiai és Biológiai Laboratórium. Alkímia Ma, Budapest,

Diffúzió 2003 március 28

Az anyagi rendszer fogalma, csoportosítása

Abszorpciós fotometria

Szerkezet és funkció kapcsolata a membránműködésben. Folyadékkristályok típusai (1) Dr. Voszka István


Művelettan 3 fejezete

a természet logikája

Membránszerkezet Nyugalmi membránpotenciál

Speciális fluoreszcencia spektroszkópiai módszerek

Orvosi Biofizika II. Szigorlati tételsor Korai atommodellek. Rutherford-féle kísérlet. Franck-Hertz kísérlet. Bohr-féle atommodell.

Diffúzió. Diffúzió. Diffúzió. Különféle anyagi részecskék anyagon belüli helyváltoztatása Az anyag lehet gáznemű, folyékony vagy szilárd

FELADATLISTA TÉMAKÖRÖK, ILLETVE KÉPESSÉGEK SZERINT

Bio-nanorendszerek. Vonderviszt Ferenc. Pannon Egyetem Nanotechnológia Tanszék

Szerkezet és funkció kapcsolata a membránműködésben. Folyadékkristályok típusai (1) Dr. Voszka István

Makromolekulák. Biológiai makromolekulák. Peptidek és fehérjék. Biológiai polimerek. Nukleinsavak (DNS vagy RNS) Poliszacharidok. Peptidek és fehérjék

Sejtmozgás és adhézió Molekuláris biológia kurzus 8. hét. Kun Lídia Genetikai, Sejt és Immunbiológiai Intézet

Tartalom. Előszó... 3

Gyógyszerrezisztenciát okozó fehérjék vizsgálata

3. Általános egészségügyi ismeretek az egyes témákhoz kapcsolódóan

OSZTÁLYOZÓ VIZSGA TÉMAKÖREI

transzláció DNS RNS Fehérje A fehérjék jelenléte nélkülözhetetlen minden sejt számára: enzimek, szerkezeti fehérjék, transzportfehérjék

Farmakológus szakasszisztens Farmakológus szakasszisztens 2/34

Thomson-modell (puding-modell)

Az emberi sejtek általános jellemzése

A diffúzió leírása az anyagmennyiség időbeli változásával A diffúzió leírása a koncentráció térbeli változásával

Célkitűzés/témák Fehérje-ligandum kölcsönhatások és a kötődés termodinamikai jellemzése

Membrántranszport. Gyógyszerész előadás Dr. Barkó Szilvia

A csillagközi anyag. Interstellar medium (ISM) Bonyolult dinamika. turbulens áramlások MHD

SZÉNHIDRÁTOK. Biológiai szempontból legjelentősebb a hat szénatomos szőlőcukor (glükóz) és gyümölcscukor(fruktóz),

Fluoreszcencia módszerek (Kioltás, Anizotrópia, FRET) Modern Biofizikai Kutatási Módszerek

A citoszkeletális rendszer

Abszorpciós fotometria

TANMENET FIZIKA. 10. osztály. Hőtan, elektromosságtan. Heti 2 óra

A kémiai energia átalakítása a sejtekben

Osztályozó vizsgatételek. Kémia - 9. évfolyam - I. félév

Röntgendiffrakció. Orbán József PTE, ÁOK, Biofizikai Intézet november

Rövid ismertető. Modern mikroszkópiai módszerek. A mikroszkóp. A mikroszkóp. Az optikai mikroszkópia áttekintése

-Két fő korlát: - asztrogliák rendkívüli morfológiája -Ca szignálok értelmezési nehézségei

KÉMIA A KÉMIÁT SZERETŐK SZÁMÁRA

Nanotudományok vívmányai a mindennapokban Lagzi István László Eötvös Loránd Tudományegyetem Meteorológiai Tanszék

Shaggy szőnyeg 51 Bone

6. változat. 3. Jelöld meg a nem molekuláris szerkezetű anyagot! A SO 2 ; Б C 6 H 12 O 6 ; В NaBr; Г CO 2.

Biológiai membránok és membrántranszport

Gáspári Zoltán. Élő molekulák az élet molekulái

BIOMOLEKULÁK KÉMIÁJA. Novák-Nyitrai-Hazai

Termodinamika (Hőtan)

A szénhidrátok az élet szempontjából rendkívül fontos, nélkülözhetetlen vegyületek. A bioszféra szerves anyagainak fő tömegét adó vegyületek.

Hemoglobin - myoglobin. Konzultációs e-tananyag Szikla Károly

A kvantummechanika kísérleti előzményei A részecske hullám kettősségről

ANATÓMIA FITNESS AKADÉMIA

Kollokviumi vizsgakérdések biokémiából humánkineziológia levelező (BSc) 2015

TERMÉSZETTUDOMÁNY JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

Folyadékkristályok; biológiai és mesterséges membránok

Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 6.

Szívelektrofiziológiai alapjelenségek. Dr. Tóth András 2018

Az anyagi rendszerek csoportosítása

A biofizika alapjai. Szerkesztette. Tarján Imre Rontó Györgyi. Hatodik, átdolgozott kiadás. írta

Periódusosság. Általános Kémia, Periódikus tulajdonságok. Slide 1 of 35

Kecskeméti Főiskola GAMF Kar. Poliolefinek öregítő vizsgálata Szűcs András. Budapest, X. 18

A víz biofizikája. Víz. A vízmolekula szerkezete. Újsághír. Egy (1) tudta mindössze, hogy a vízről van szó...

Víz. A víz biofizikája. A vízmolekula szerkezete. A vízmolekula dinamikája. Forgó-rezgő mozgás

MIÉRT KELL TÁPLÁLKOZNI?

Átírás:

Az élő sejt fizikai Biológiája: Modellépítés, biológiai rendszerek skálázódása Kellermayer Miklós Fizikai biológia Ma már nem csak kvalitatív megfigyeléseket, hanem kvantitatív méréseket végzünk (biológiai adatok kvantitatív adatok). Kvantitatív adatokból kvantitatív modelleket építünk Kvantitatív modellektől elvárjuk, hogy kísérletesen tesztelhető predikciókkal szolgáljanak. Modellépítés kiinduló szempontjai Milyen tények állnak rendelkezésre? a. Bárki által megállapítható tények (pl., a sejt fehérjét taralmaz) b. Hosszas kísérletezés által elfogadottnak nyilvánított tények (pl. a fehérjék a riboszómán szintetizálódnak) c. Spekulatív kijelentések (pl. a mitokondriumok ősi baktériumok leszármazottai) Érdekes vagy fontos a probléma? A biológiai entitások nem sérthetik a fizika és kémia törvényeit. Mitől élő az élő? Az élet mivoltát ma is csak közelítő, leírő kvalitások összességével tudjuk megadni -(pl. növekedés, szaporodás, energiafelhasználás/átalakítás, reprodukció) Az élő sejt meglepően kevés elemből épül fel. A sejt különleges (szerkezetű és funkciójú) makromolekulákat tartalmaz -(fehérjék, nukleinsavak, szénhidrátok, lipidek) -a makromolekulák egyszerű alegységek kombinatoriális egymáshoz kapcsolódásával keletkeznek. -a makromolekulák információt kódolnak (különböző nyelven )

Biológiai modellépítés A DNS-molekula Absztrakció Egyszerűsítés A makromolekulák teljes atomi leírására nem tudunk törekedni Projekciót végzünk, amely a makromolekula bizonyos aspektusát tükrözi Idealizáció 4 különböző bázis -ligandum affinitás változik a DNS mentén Axiális és hajlítási rugalmasság (merevség) Entropikus rugalmasság, alaki fluktuációk A fehérjemolekula A lipidmolekulák, membránok 20 különböző AA H=hidrofób P=poláros Szupramolekuláris rendszer! Rugalmasság -α-hélixek -β-láncok -random lánc szakaszok -stb. Fluiditás aminosavak egy rács különböző koordináta pontjaiban Elektromos tulajdonságok Kötőhely - ligandum aktív-inaktív kötött-disszociált denaturált-feltekeredett stb. Diffúzió, ozmózis, barrier funkciók

Az Escherichia coli sejt Egy oldat Sejtes rendszer! Elasztohidrodinamikai objektum (rugalmas test, folyadékkal hat kölcsön) Élő sejt mint oldat rendszer (?) Homogén Izotróp Biased random walk Információ feldolgozó rendszer A makromolekulák tömeg szerinti mennyisége a sejtben NAGY Biomolekuláris rendszerek méretskálája Termodinamika 10 23 Atom Ionok, kismolekulák (4%) 30 % egyéb vegyületek 70 % Víz Foszfolipidek (2%) DNS (1%) RNS (6%) Fehérjék 15%) MAKROMOLEKULÁK Mezoskála Kvantumkémia Poratka Vörösvértest, fehérvérsejt Hangya Emberi hajszál DNS Nanoskála Mikroskála Milliskála 1 milliméter Látható spektrum 10 10 Atom 10 3 Atom 10 1 Atom Baktériumsejt Poliszacharidok (2%) Kvantumfizika 5 db Si atom 10 0 Atom

A sejt méretskálája Egyszerűsített sejtmodell: kocka Vizsgálhatók-e a biológiai rendszer legkisebb részletei? Modell Valóság (mérési eredmény) Sejt: 20 μm oldalfalú kocka Analógia - Tanterem: 20 m oldalfalú kocka Aktinmolekula mérete 5 nm 5 mm Aktinmolekulák száma ~500 ezer ~500 ezer Aktin átlagos távolsága Kálium ion mérete Kálium ionok száma ~250 nm ~25 cm 0.15 nm 0.15 mm ~10 9 ~10 9 Globuláris aktin fehérjemolekula szerkezeti modellje szürke - C; piros - O; kék - N; sárga - S 1 nm Oxigén atomok rhodium egykristály felületén (pásztázó tűszondás mikroszkóp felvétel) Aktin filamentum (d=7 nm) G-aktin (d=5 nm, cc~100 μm) Kálium ion (d=0.15 nm, cc~150 mm) Kálium ionok átlagos távolsága ~20 nm ~2 cm A modell hiányosságai: a koncentrációk lokálisan változnak dinamika: állandó mozgás, ütközés kölcsönhatások, a dinamika miatt sokféle Kémiai Nobel-díj 2013: Martin Karplus Michael Levitt Arieh Warshel Biológiai időskála I. Biológiai időskála II.

Biológiai időskála III. Energia- és méretskálák összefüggése Determinisztikus (kémiai, mechanikai, elektromágneses) vs. termikus energiák Termikus energia egysége: k BT = 4.1 x 10-21 J = 4.1 pnnm Releváns skálázódás: exp(-e det/k BT)