Biofizika membran in bioloških nanostruktur

Opis predmeta

Termodinamski opis sistemov z velikim številom delcev: fazna vsota, entropija, prosta energija, kemijski potencial, elektrokemijski potencial, osmotski tlak.

Sestava bioloških membran: lipidne molekule, proteini, glikoproteini, membranski skelet, oblika lipidov in proteinov, električne lastnosti lipidov in proteinov

 

Samoorganizacija lipidov in proteinov: linearni agregati mebranskih sestavin, agregacija lipidnih molekul  v micele in lipidne dvojne plasti, biološko pomembne nelamelarne lipidne faze, tvorba fleksibilnih membranskih nanodomen, lateralna fazna separacija membranskih sestavin,  agregacija nanodomen, tvorba in stabilnost membranskih nanotub.

 

Elastične lastnosti membran: deformacije v ravnini membrane, upogibna energija, vpliv oblike membranskih sestavin in direktnih interakcij med membranskimi sestavinami na elastične lastnosti membran,  lateralna porazdelitev membranskih sestavin in elastične lastnosti membrane, elastičnih lastnosti membrane ter oblika celic in organel, vpliv citoskeleta na obliko celice.

 

Električne lastnosti membran: električna dvojna plast, Poisson-Boltzmannova teorija električne dvojne plasti, Gouy-Chapmanov model električne dvojne plasti, prosta energija električne dvojne plasti, vpliv končne velikosti molekul in porazdelitve naboja znotraj posamezne molekule na  lastnosti električne dvojne plasti, vpliv  velikosti in porazdelitve električnega naboja membrane na transport naelektrenih molekul preko membrane, vezava in adhezija naelektrenih molekul na površino membrane.

 

Elektrostatske Interakcije med membranskimi površinami: vpliv sestave raztopine na interakcije med membranami, vpliv električnih lastnosti molekul v raztopini na interakcije med membranami, adhezija membran.

 

Transport in komunikacije med celicami in organelami: mehanizmi miikro- in nano-vesikulacije, vpliv električnih lastnosti membran in raztopine na vesikulacijo membran, endocitoza, eksocitoza, fuzija vesiklov, enkapsulacija nanodelcev in DNA, vpliv detergentov in nanodelcev na  vesikulacijo in obliko membrane, mehanizmi stabilnosti in tvorbe membranskih nanotub ter njihova vloga pri transportu snovi med celicami in med celičnimi organelami. Mikrovesikulacija membran in njena vloga pri razširjanju tumorjev in nastajanju krvnih strdkov. Mehanizmi nastajanje in stabilnost membranskih por.

Cilji in kompetence

Študenti se seznanijo z biofizikalnim opisom bioloških membran s pomočjo  uveljavljenih modelov elektrostatičnih in elastičnih lastnosti membran in membranskih mikro- ter nano-struktur. Prikazani bodo izbrani najnovejši rezultati s področja biofizike membranskih nanostruktur.

 

Izobraževalni cilji: Temeljni izobraževalni cilj je poglobitev znanja za delo s celičnimi membranami, celicami in  umetnimi lipidnimi sistemi ter pridobitev znanja na področju raziskav vpliva različnih snovi kot so maščobe, detergenti  in  nanodelci  na stabilnost membrane, membransko vesikulacijo, medcelične komunikacije ter  patološka stanja membrane in celice.

 

Metode poučevanja in učenja

Predavanja, seminarji, konzultacije, projektno/ seminarsko delo.

Predvideni študijski rezultati

Kandidata usposobiti za izvedbo omenjenih raziskav, katerih rezultati bodo predstavljali pomembne prispevke temeljni ali aplikativni znanosti na področju študija mebranskih lastnosti in membranske vesikulacije ter komunikacije med celicami v povezavi z študijem različnih bolezenskih stanj na nivoju membrane in celice, na primer razširjanje tumorjev ter nastajanje krvnih strdkov.

Reference nosilca

prof. dr.  Veronika Kralj-Iglič (nosilka):

1. OGOREVC, Eva, ŠTUKELJ, Roman, BEDINA ZAVEC, Apolonija, ŠUŠTAR, Vid, ŠIMUNDIĆ, Metka, KRALJ-IGLIČ, Veronika, JANŠA, Rado. A 32-month follow-up study of nanovesicle concentrations in blood from 12 patients with gastrointestinal stromal tumour treated with imatinib. Biochemical Society transactions, ISSN 0300-5127, Feb. 2013, vol. 41, no. 1, str. 303-308, ilustr., doi: 10.1042/BST20120247. [COBISS.SI-ID 9629012], [JCR, SNIP, WoS up to 12. 3. 2013: no. of citations (TC): 0, without self-citations (CI): 0, weighted no. of citations (NC): 0, Scopus up to 14. 2. 2013: no. of citations (TC): 0, pure citations (CI): 0, normalized no. of pure citations (NC): 0]

2. JESENEK, Dalija, PERUTKOVÁ, Šárka, GÓŹDŹ, Wojciech, KRALJ-IGLIČ, Veronika, IGLIČ, Aleš, KRALJ, Samo. Vesiculation of biological membrane driven by curvature induced frustrations in membrane orientational ordering. International journal of nanomedicine, ISSN 1178-2013. [Online ed.], 2013, vol. 8, no. 1, str. 677-687, ilustr. http://www.dovepress.com/articles.php?article_id=12253. [COBISS.SI-ID 4516971], [JCR, SNIP, Scopus up to 8. 3. 2013: no. of citations (TC): 0, pure citations (CI): 0, normalized no. of pure citations (NC): 0]

3. OGOREVC, Eva, HUDOKLIN, Samo, VERANIČ, Peter, KRALJ-IGLIČ, Veronika. Extracellular vesicle-mediated transfer of membranous components from the highly malignant T24 urinary carcinoma cell line to the non-malignant RT4 urinary papilloma cell line. Protoplasma, ISSN 0033-183X, 2013, vol. , no. , str. 1-4, ilustr. http://link.springer.com/article/10.1007/s00709-013-0544-5/fulltext.html, doi: 10.1007/s00709-013-0544-5. [COBISS.SI-ID 10148948], [JCR, SNIP, Scopus up to 7. 10. 2013: no. of citations (TC): 0, pure citations (CI): 0, normalized no. of pure citations (NC): 0]

4. ZUPANC, Jernej, DROBNE, Damjana, DRAŠLER, Barbara, VALANT, Janez, IGLIČ, Aleš, KRALJ-IGLIČ, Veronika, MAKOVEC, Darko, RAPPOLT, Michael, SARTORI, Barbara, KOGEJ, Ksenija. Experimental evidence for the interaction of C-60 fullerene with lipid vesicle membranes. Carbon, ISSN 0008-6223. [Print ed.], 2012, vol. 50, no. 3, str. 1170-1178. http://dx.doi.org/10.1016/j.carbon.2011.10.030, doi: 10.1016/j.carbon.2011.10.030. [COBISS.SI-ID 2451279], [JCR, SNIP, WoS up to 1. 1. 2014: no. of citations (TC): 6, without self-citations (CI): 5, weighted no. of citations (NC): 2, Scopus up to 25. 12. 2013: no. of citations (TC): 7, pure citations (CI): 6, normalized no. of pure citations (NC): 2]

5. LOKAR, Maruša, KABASO, Doron, RESNIK, Nataša, SEPČIĆ, Kristina, KRALJ-IGLIČ, Veronika, VERANIČ, Peter, ZOREC, Robert, IGLIČ, Aleš. The role of cholesterol-sphingomyelin membrane nanodomains in the stability of intercellular membrane nanotubes. International journal of nanomedicine, ISSN 1178-2013. [Online ed.], 2012, vol. 7, str. 1891-1902, ilustr. http://dx.doi.org/10.2147/IJN.S28723, doi: 10.2147/IJN.S28723. [COBISS.SI-ID 2548559], [JCR, SNIP, WoS up to 17. 9. 2013: no. of citations (TC): 2, without self-citations (CI): 1, weighted no. of citations (NC): 0, Scopus up to 10. 7. 2013: no. of citations (TC): 3, pure citations (CI): 1, normalized no. of pure citations (NC): 0]

6. ŠUŠTAR, Vid, ZELKO, Jasna, LOPALCO, Patrizia, LOBASSO, Simona, OTA, Ajda, POKLAR ULRIH, Nataša, CORCELLI, Angela, KRALJ-IGLIČ, Veronika. Morphology, biophysical properties and protein-mediated fusion of archaeosomes. PloS one, ISSN 1932-6203, 2012, vol. 7, no. 7, str. 1-15, e39401, doi: 10.1371/journal.pone.0039401. [COBISS.SI-ID 4113016], [JCR, SNIP, WoS up to 10. 7. 2013: no. of citations (TC): 3, without self-citations (CI): 3, weighted no. of citations (NC): 1, Scopus up to 15. 5. 2013: no. of citations (TC): 2, pure citations (CI): 2, normalized no. of pure citations (NC): 1]

7. ŠUŠTAR, Vid, BEDINA ZAVEC, Apolonija, ŠTUKELJ, Roman, FRANK, Mojca, BOBOJEVIĆ, Goran, JANŠA, Rado, OGOREVC, Eva, KRULJC, Peter, MAM, Keriya, ŠIMUNIČ, Boštjan, MANČEK KEBER, Mateja, JERALA, Roman, ROZMAN, Blaž, VERANIČ, Peter, HÄGERSTRAND, Henry, KRALJ-IGLIČ, Veronika. Nanoparticles isolated from blood : a reflection of vesiculability of blood cells during the isolation process. International journal of nanomedicine, ISSN 1178-2013. [Online ed.], 2011, vol. 6, str. 2737-2748. http://www.dovepress.com/nanoparticles-isolated-from-blood-a-reflection-of-vesiculability-of-bl-peer-reviewed-article-IJN, doi: org/10.2147/IJN.S24537. [COBISS.SI-ID 29065433], [JCR, SNIP, WoS up to 21. 1. 2014: no. of citations (TC): 13, without self-citations (CI): 8, weighted no. of citations (NC): 3, Scopus up to 29. 1. 2014: no. of citations (TC): 15, pure citations (CI): 9, normalized no. of pure citations (NC): 3]

8. ŠUŠTAR, Vid, BEDINA ZAVEC, Apolonija, ŠTUKELJ, Roman, FRANK, Mojca, OGOREVC, Eva, JANŠA, Rado, KERIYA, Mam, VERANIČ, Peter, KRALJ-IGLIČ, Veronika. Post-prandial rise of microvesicles in peripheral blood of healthy human donors. Lipids in health and disease, ISSN 1476-511X, 2011, no. 47, vol. 10, 11 str. http://www.lipidworld.com/content/10/1/47, doi: 10.1186/1476-511X-10-47. [COBISS.SI-ID 4640794], [JCR, SNIP, WoS up to 10. 7. 2013: no. of citations (TC): 4, without self-citations (CI): 3, weighted no. of citations (NC): 1, Scopus up to 7. 6. 2011: no. of citations (TC): 0, pure citations (CI): 0, normalized no. of pure citations (NC): 0]

9. MRVAR BREČKO, Anita, ŠUŠTAR, Vid, JANŠA, Vid, ŠTUKELJ, Roman, JANŠA, Rado, MUJAGIĆ, Emir, KRULJC, Peter, IGLIČ, Aleš, HÄGERSTRAND, Henry, KRALJ-IGLIČ, Veronika. Isolated microvesicles from peripheral blood and body fluids as observed by scanning electron microscope. Blood cells, molecules & diseases, ISSN 1079-9796, 2010, vol. 44, no. 4, str. 307-312. [COBISS.SI-ID 3176826], [JCR, SNIP, WoS up to 3. 12. 2013: no. of citations (TC): 12, without self-citations (CI): 7, weighted no. of citations (NC): 2, Scopus up to 28. 1. 2014: no. of citations (TC): 15, pure citations (CI): 11, normalized no. of pure citations (NC): 3]

10. ZUPANC, Jernej, VALANT, Janez, DROBNE, Damjana, KRALJ-IGLIČ, Veronika, IGLIČ, Aleš. A new approach to analyse effects of nanoparticles on lipid vesicles. International journal of biomedical nanoscience and nanotechnology. [Print ed.], 2010, vol. 1, no. 1, str. 34-51, ilustr. http://www.inderscience.com/storage/f106312181192754.pdf. [COBISS.SI-ID 7837524]

 

prof. ddr. Aleš Iglič (izvajalec):

1. 2. GONGADZE, Ekaterina, VELIKONJA, Aljaž, SLIVNIK, Tomaž, KRALJ-IGLIČ, Veronika, IGLIČ, Aleš. The quadrupole moment of water molecules and the permittivity of water near a charged surface. Electrochimica Acta, ISSN 0013-4686. [Print ed.], 2013, vol. 109, str. 656-662, ilustr. http://dx.doi.org/10.1016/j.electacta.2013.07.126. [COBISS.SI-ID 10049876], [JCR, SNIP, WoS up to 22. 1. 2014: no. of citations (TC): 1, without self-citations (CI): 1, weighted no. of citations (NC): 0, Scopus up to 1. 1. 2014: no. of citations (TC): 1, pure citations (CI): 1, normalized no. of pure citations (NC): 0]

2. VELIKONJA, Aljaž, BUDIME SANTHOSH, Poornima, GONGADZE, Ekaterina, KULKARNI, Mukta Vishwanath, ELERŠIČ, Kristina, PERUTKOVÁ, Šárka, KRALJ-IGLIČ, Veronika, POKLAR ULRIH, Nataša, IGLIČ, Aleš. Interaction between dipolar lipid headgroups and charged nanoparticles mediated by water dipoles and ions. International journal of molecular sciences, ISSN 1422-0067, 2013, vol. 14, no. 8, str. 15312-15329. http://www.mdpi.com/1422-0067/14/8/15312. [COBISS.SI-ID 4257144], [JCR, SNIP, Scopus up to 13. 8. 2013: no. of citations (TC): 0, pure citations (CI): 0, normalized no. of pure citations (NC): 0]

3. JESENEK, Dalija, PERUTKOVÁ, Šárka, GÓŹDŹ, Wojciech, KRALJ-IGLIČ, Veronika, IGLIČ, Aleš, KRALJ, Samo. Vesiculation of biological membrane driven by curvature induced frustrations in membrane orientational ordering. International journal of nanomedicine, ISSN 1178-2013. [Online ed.], 2013, vol. 8, no. 1, str. 677-687, ilustr. http://www.dovepress.com/articles.php?article_id=12253. [COBISS.SI-ID 4516971], [JCR, SNIP, Scopus up to 8. 3. 2013: no. of citations (TC): 0, pure citations (CI): 0, normalized no. of pure citations (NC): 0]

4. GONGADZE, Ekaterina, KABASO, Doron, BAUER, Sebastian, PARK, Jung, SCHMUKI, Patrik, IGLIČ, Aleš. Adhesion of osteoblasts to a vertically aligned TiO[sub]2 nanotube surface. Mini reviews in medicinal chemistry, ISSN 1389-5575, Feb. 2013, vol. 13, no. 2, str. 194-200, ilustr. [COBISS.SI-ID 9947476], [JCR, SNIP, Scopus up to 12. 2. 2014: no. of citations (TC): 2, pure citations (CI): 2, normalized no. of pure citations (NC): 1]

5. FOŠNARIČ, Miha, IGLIČ, Aleš, KROLL, Daniel M., MAY, Sylvio. Monte Carlo simulations of a polymer confined within a fluid vesicle. Soft matter, ISSN 1744-683X, 2013, vol. 9, issue 15, str. 3976-3984, ilustr. http://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/2013/sm/c3sm27938c, doi: 10.1039/C3SM27938C. [COBISS.SI-ID 9692756], [JCR, SNIP, WoS up to 8. 5. 2013: no. of citations (TC): 0, without self-citations (CI): 0, weighted no. of citations (NC): 0, Scopus up to 8. 1. 2014: no. of citations (TC): 1, pure citations (CI): 1, normalized no. of pure citations (NC): 0]

6. ELERŠIČ, Kristina, PAVLIČ, Janez Ivan, IGLIČ, Aleš, VESEL, Alenka, MOZETIČ, Miran. Electric-field controlled liposome formation with embedded superparamagnetic iron oxide nanoparticles. Chemistry and physics of lipids, ISSN 0009-3084. [Print ed.], 2012, vol. 165, issue 1, str. 120-124, doi: 10.1016/j.chemphyslip.2011.11.006. [COBISS.SI-ID 25304103], [JCR, SNIP, WoS up to 22. 1. 2014: no. of citations (TC): 3, without self-citations (CI): 3, weighted no. of citations (NC): 1, Scopus up to 15. 8. 2013: no. of citations (TC): 4, pure citations (CI): 2, normalized no. of pure citations (NC): 1]

 

Temeljni viri in literatura

– Iglič, D. Drobne, V. Kralj Iglič: Nanostructures in biological systems – theory and applications, Pan Stanford Publishing Pte. Ltd., Singapur, 2014 (in print).

  • J. Israelachvili: Intermolecular and Surface Forces, Academic Press ltd., London, vsakokratna nova izdaja.
  • T.L. Hill: An Introduction to Statistical Thermodynamics, Dover Publications, New York, USA, 1986.
  • aktualni znanstveni članki iz področja, ki jih sproti določijo izvajalci predmeta.

Bodi na tekočem

Univerza v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko, Tržaška cesta 25, 1000 Ljubljana

E:  dekanat@fe.uni-lj.si T:  01 4768 411