Biológiai membránok elektromos térszerkezetének vizsgálata = Investigation of the charge structure of biological membranes

Dér, András and Fábián, László and Keszthelyi, Lajos and Ormos, Pál and Szegletes, Zsolt and Váró, György (2009) Biológiai membránok elektromos térszerkezetének vizsgálata = Investigation of the charge structure of biological membranes. Project Report. OTKA.

Preview

PDF 49489_ZJ1.pdf Download (451kB)

Abstract

A pályázat célja a biológiai membránok fizikai tulajdonságainak vizsgálata volt, különös tekintettel a töltéseloszlás és - ezzel összefüggésben - az elektromos térszerkezet funkcionális szerepére. Modellobjektumunk a protonpumpáló bakteriorodopszin (bR) fehérjét kristályos rendben tartalmazó bíbormembrán. Kutatásainkat és a velük kapcsolatos módszertani fejlesztőmunkát három téma köré csoportosítottuk: 1. A molekulán belüli elektromos töltéseloszlás funkcionális leírása 2. A határfelületi vízréteg szerepe a fehérjék szerkezetében és működésében 3. A bR nemlineáris optikai tulajdonságainak jellemzése Eredmények: 1.Megmutattuk, hogy az általunk kifejlesztett módszer a molekula működését kísérő szerkezetváltozásokat érzékenyen jellemzi, és lehetőséget teremt az elektromos töltésátrendeződések funkcionális értelmezésére. 2.Rámutattunk, hogy a semleges sók anionjainak tulajdonított Hofmeister-effektus a fehérje-víz határfelületi réteg szerkezetváltozásaival magyarázható. Elméletünk elsőként ad teljeskörű kvalitatív leírást a 120 éves problémakörre. 3.Integrált optikai módszerekkel az eddigieknél érzékenyebben detektáltuk a bR molekulában - a lokális elektromos tér változásai következtében ? fellépő abszorpció- és törésmutató-változásokat. Megmutattuk, hogy a molekula gerjesztését követő spektrális változások alkalmasak fénykapcsolásra és -modulálásra. Az eredmények gyakorlati alkalmazása az optoelektronikában és a bioszenzorikában várható. | In the framework of the project, we investigated some physical properties of biological membranes, with special respect to the physiological role of the electric charge distribution (hence the electric field structure). Our model object was purple membrane, containing the paradigmatic proton pumping molecule bacteriorhodopsin (bR) in a quasi crystalline structure. Our research work and the related methodological developments were centered round three topics: 1.Functional description of the intra-molecular charge distribution 2.The role of interfacial water in the structure and function of proteins 3.Characterization of the nonlinear optical properties of bR Results: 1.We showed that our method represents a sensitive test for the characterization of structural changes associated to molecular function, and allows interpretation of charge rearrangements. 2.We pointed out that the Hofmeister effect, attributed to the anions of neutral salts, can be interpreted according to structural changes in the protein-water interface. Our theory gives a full-spectrum qualitative description, solving a 120-years old puzzle. 3.Using integrated optical (IO) techniques, we could sensitively characterize the nonlinear optical properties of bR films, and showed that IO light switching and modulation can be performed based on the light-induced spectral changes of bR. Practical utilization of the results is expected in optoelectronics and sensorics.

Actions (login required)

Edit Item