Маълумот

Диффузияи гузариши липидҳо дар ҳуҷайраҳои сурхи хун

Диффузияи гузариши липидҳо дар ҳуҷайраҳои сурхи хун


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Мембранаи эритроситҳои инсон қутбият дорад:

  • Фосфатидилетаноламин ва фосфатидилсерин асосан дар тарафи дарунӣ ҷойгиранд.
  • Фосфатидилхолин ва сфингомиелин асосан дар тарафи берунӣ ҷойгиранд.

Гарчанде ки онҳо метавонанд дар дуқабати липидҳо паҳн шаванд, онҳо танҳо дар як тарафи он мемонанд. Ин тарафдорӣ чӣ гуна нигоҳ дошта мешавад?


Одатан ду сабаби ассиметрияи таркиби липидҳои мембранаҳо дар ҳуҷайраҳо мавҷуданд.

Аввалин, ки аз ҷониби @Superbest зикр шудааст, сафедаҳоест, ки "флиппазҳо" номида мешаванд, ки се категорияи васеи сафедаҳоро тавсиф мекунанд, ки интиқоли липидҳоро тавассути мембрана осон мекунанд, гарчанде ки ҳама гурӯҳҳои сарҳои қутбӣ ё ҳатто заряднок доранд.

Ин аслан посух ба саволи шумо дар ин ҷо нест, гарчанде ки онҳо бо асимметрияи липидҳо дар эритроцитҳо каме алоқаманд хоҳанд буд, зеро ман фикр мекунам, ки ин сафедаҳо танҳо ба диффузияи липидҳо дар ду тарафи мембрана имкон медиҳанд. Барои маҷбур кардани омехтаи энергетикии номусоиди липидҳо онҳо истифодаи энергияро талаб мекунанд. Гарчанде ки баъзе транслоказҳои липидӣ метавонанд таркибро маҷбур кунанд, ки баръакси мувозинат тағир ёбанд, ба назар чунин менамояд, ки онҳо ATP талаб мекунанд ва эритроцитҳои инсон митохондрия надоранд.

Ҷавоби дуввум, эҳтимолан беҳтар аст, ки таркиби липидҳои мембрана дар мувозинат аз кунҷкобии мембрана вобаста аст. Дар беруни мембрана липидҳо бо гурӯҳҳои калонтари сар ва занҷирҳои кӯтоҳтар ё камтар мегиранд, дар дохили он бештар аз липидҳо бо гурӯҳҳои хурдтари сар ва занҷирҳои дарозтар ва алифативӣ иборат хоҳад буд.
Ин қобилияти липид барои гирифтани ҳаҷми бештар дар гурӯҳи сараш нисбат ба охири ғайри қутбии он "каҷравии дохилӣ" номида мешавад.

Эритроцитҳо баъзе сохторҳои скелоскелетӣ доранд, ба монанди анкиринҳо, ки ба ҳуҷайра шакли хоси каҷи "лозенги пӯсида" медиҳанд, ки бояд инчунин як қисми таркиби липидҳоро дар баъзе қисмҳои ҳуҷайра пеш баранд.


Эндрюс, Д.М., Манев, Э.Д., Ҳейдон, Д.А. 1970. Муносибатҳои таркибӣ ва энергетикӣ барои баъзе филмҳои липидҳои борик ва конформасияи занҷир дар якқабатҳо дар интерфейсҳои моеъ ва моеъ.Мушаххас. Муҳокима кунед. Фарадей Сок. 1:46–56

Aveyard, R., Mitchell, R.W. 1969. Тақсимотин-алканолҳо байни об ван-алканҳоТранс Фарадей Сок. 65:2645–2653

Бонди, A. 1964. ҳаҷмҳо ва радиусҳои ван дер Ваалс.J. Физик. Химия. 68:441–451

Брам, Ҷ. 1982. Гузариши диффузии об аз эритроситҳои инсон ва арвоҳҳои онҳо.Ҷенерал Физиол. 79:791–819

Брахм, Ҷ. 1953. Гузариши ҳуҷайраҳои сурхи инсон ба силсилаи гомологии спиртҳои алифатикӣ.J. Генерал Физиол. 81:283–304

Брахм, Ҷ. 1983. Гузариши мочевина аз ҳуҷайраҳои сурхи инсон.J. Генерал Физиол. 82:1–23

Карлсен, А., Виет, Ҷ.О. 1976. Интиқоли глицерол дар ҳуҷайраҳои сурхи инсон.Acta Physiol. Сканд. 97:501–513

Коэн, М.Х., Тернбулл, Д. 1959. Интиқоли молекулавӣ дар моеъҳо ва айнакҳо.J. Chem. Физ. 31:1164–1169

Collander, R., Bärlund, H. 1933. Permeabilitätsstudien anЧара кератофилла.Акта Бот. Фенн. 11:1–114

Даймонд, J.M., Katz, Y. 1974. Тафсири коэффисиентҳои тақсимоти ғайриэлектролитӣ байни лецитини димиристоли ва об.J. Мембрана Биол. 17:121–154

Даймонд, Ҷ.М., Райт, Е.М. 1969. Мембранаҳои биологӣ: Асоси физикии селективии ионҳо ва ғайриэлектролитҳо.Анну. Ваҳй Physiol. 31:581–646

Дикс, Ҷ.А., Сулаймон, А.К. 1984. Нақши сафедаҳо ва липидҳои мембрана дар паҳншавии об дар мембранаҳои ҳуҷайраҳои сурх.Биохим. Биофиз. Акта 773:219–230

Феттиплас, R. 1978. Таъсири липид ба гузариши оби мембранаҳои сунъӣ.Биохим. Биофиз. Акта 513:1–10

Феттиплейс, Р., Эндрюс, Д.М., Ҳейдон, Д.А. 1971. Ғафсӣ, таркиб ва сохтори баъзе дуқабати липидҳо ва мембранаҳои табиӣ.J. Мембрана Биол. 5:277–296

Феттиплас, Р., Ҳайдон, Д.А. 1980. Обгузаронии мембранаҳои липидӣ.Физиол. Ваҳй. 60:510–550

Finkelstein, A. 1976. Гузариши об ва ғайриэлектролитии мембранаҳои дуқабати липид.Ҷенерал Физиол. 68:127–135

Franks, N.P., Lieb, W.R. 1978. Анестетикҳои умумӣ дар куҷо амал мекунанд?Табиат (Лондон) 274:339–342

Франкс, НП, Либ, ВР 1979. Сохтори дуқабатҳои липидҳо ва таъсири анестетикҳои умумӣ: Омӯзиши рентгенӣ ва дифраксияи нейтронӣ.J. Мол. Биол. 133:469–500

Гаррик, РА, Пател, пеш аз милод, Чинард, Ф.П. 1980. Гузариши эритроситҳои саг ба молекулаҳои липофилӣ: Таъсири ҳалшаванда ва ҳаҷмӣ.Ам. J. Physiol. 238:$ C107-$ C113

Грен, Д.В.Р. 1981. Модели миёнаҳаҷми дуқабати липидҳои алкан-тофташуда аз гузариши фазавӣ: I. Таҳияи модел.Биофиз. Ҷ. 33:149–166

Груен, DWR, Ҳайдон, Д.А. 1981. Модели миёнаҳаҷмии дуқабати липидҳои бо алкан тофташуда аз гузариши фазавӣ: II. Натиҷаҳо ва муқоиса бо таҷриба.Биофиз. Ҷ. 33:167–188

Ҳанай, Т., Ҳайдон, Д.А. 1966. Гузариш ба об аз мембранаҳои липидҳои бимолекулярӣ.J. назария. Биол. 11:370–382

Ҳайдон, ДА, Ҳендрӣ, Б.М., Левинсон, С.Р., Реквена, Ҷ. 1977. Анестезия аз ҷонибин-алканҳо: Омӯзиши муқоисавии басташавии импулси асаб ва хосиятҳои мембранаҳои дуқабати липидҳои сиёҳ.Биохим. Биофиз. Акта 470:17–34

Ҳайдук, В., Иоакимидис, С. 1976. Диффузияҳои моеъ дар маҳлулҳои муқаррарии парафин.J. Chem. Eng. Маълумот 21:255–260

Katz, Y., Diamond, J.M. 1974. Константаҳои термодинамикӣ барои тақсимоти ғайриэлектролитӣ байни lecithin dimyristoyl ва об.J. Мембрана Биол. 17:101–120

Klocke, R.A., Flasterstein, F. 1982. Кинетикаи воридшавии эритроситҳо аз кислотаҳои алифатикӣ.J. Appl. Физиол. 53:1138–1143

Leo, A., Hansch, C., Elkins, D. 1971. Коэффисиентҳои тақсимкунӣ ва истифодаи онҳо.Химия. Ваҳй. 71:525–616

Левитт, Д.Г., Млекодай, Х.Ҷ 1983. Коэффисиенти инъикос ва гузариши мочевина ва гликол этилен дар мембранаи ҳуҷайраҳои сурхи инсон.Ҷенерал Физиол. 81:239–253

Lieb, W.R., Stein, W.D. 1969. Мембранаҳои биологӣ нисбат ба диффузияи ғайриэлектролитҳо ҳамчун варақаҳои полимерии ғайримоддӣ рафтор мекунанд.Табиат (Лондон) 224:240–243

Lieb, WR, Stein, WD 1971. Таъсири ду намуди диффузияи гуногун барои мембранаҳои биологӣ.Табиати Нав Биол. 234:220–222

Либ, ВР, Стейн, ВД 1971. Асоси молекулавии диффузияи оддӣ дар дохили мембранаҳои биологӣ.Дар: Мавзӯъҳои ҷорӣ дар мембранаҳо ва нақлиёт. Ҷилди. 2 саҳ. 1-39. Ф. Броннер ва А. Кляйнзеллер, мухаррирон. Академияи матбуот, Ню Йорк

Lieb, W.R., Stein, W.D. 1986. Диффузияи оддӣ дар дуқабати мембрана.Дар: Нақлиёт ва диффузия дар мембранаҳои ҳуҷайра. В.Д.Стейн. саҳ 69-112. Академик Пресс, Орландо

Macey, R.I., Karan, D.M., Фермер, R.E.L. 1972. Хусусиятҳои каналҳои об дар ҳуҷайраҳои сурхи инсон.Дар: Биомембранҳо. Ҷилди. 3, саҳ.331-340. F. Kreuzer ва J.F.G. Слер, мухаррирон. Пленум, Нью-Йорк

Майранд, Р.Р., Левитт, Д.Г. 1983. Мочевина ва системаҳои интиқоли этилен-гликол дар мембранаи ҳуҷайраҳои сурхи инсон.Ҷенерал Физиол. 81:221–237

Макклоски, М., Поо, М. 1984. Диффузияи сафедаҳо дар мембранаҳои ҳуҷайра: Баъзе таъсироти биологӣ.Int. Ваҳй Ситол. 87:19–81

Орбах, Э., Финкелштейн, А. 1984. Гузариши ғайриэлектролитҳои мембранаҳои дуқабати липидӣ.J. Генерал Физиол. 75:427–436

Overton, E. 1895. Über бимирад osmotischen Eigenschaften der lebenden Pflanzen- ва Tierzelle.Vierteljahrssch. Натурфорш. Гес. Зуэр. 40:159–201

Прайс, HD, Томпсон, Т.Э. 1969. Хусусиятҳои мембранаҳои дуқабати моеъ, ки ду фазаи обиро ҷудо мекунанд: Вобастагии ҳарорат аз гузариши об.J. Мол. Биол. 41:443–457

Редвуд, В.Р., Ҳейдон, Д.А. 1969. Таъсири ҳарорат ва таркиби мембрана ба гузариши обии дуқабати липидҳо.J. назария. Биол. 22:1–8

Сулаймон, А.К. 1960. Сӯрохҳо дар мембранаи ҳуҷайра.Илм. Ам. 203:146–156

Танфорд, C. 1961. Химияи физикии макромолекулаҳо. саҳ 324–327. Вайли, Ню Йорк

Träuble, H. 1971. Ҳаракати молекулаҳо дар мембранаҳои липидҳо: Назарияи молекулавӣ.J. Мембрана Биол. 4:193–208

Уолтер, А., Гуткнехт, Ҷ. 1984. Гузариши кислотаи монокарбоксилӣ тавассути мембранаҳои дуқабати липидҳо.J. Мембрана Биол. 77:255–264


Омилҳое, ки ба таркиби липидҳо ва гардиши мембранаҳои ҳуҷайраҳои сурх таъсир мерасонанд in vitro: истеҳсоли ҳуҷайраҳои сурхи дорои зиёда аз ду холестирин дар як фосфолипид

Дидани мақолаҳо маҷмӯи зеркашии мақолаҳои пурраи матн аз моҳи ноябри соли 2008 (ҳам PDF ва ҳам HTML) дар ҳама муассисаҳо ва шахсони алоҳида мебошад. Ин нишондиҳандаҳо барои инъикоси истифодаи то чанд рӯзи охир мунтазам нав карда мешаванд.

Иқтибосҳо шумораи мақолаҳои дигаре мебошанд, ки бо истинод ба ин мақола аз ҷониби Crossref ҳисоб карда шудаанд ва ҳар рӯз нав карда мешаванд. Маълумоти бештарро дар бораи ҳисобҳои истинодҳои Crossref пайдо кунед.

Холи таваҷҷӯҳи Altmetric як ченаки миқдории таваҷҷӯҳест, ки мақолаи тадқиқотӣ дар интернет гирифта шудааст. Ангуштзании тасвири донут саҳифаеро дар altmetric.com бо тафсилоти иловагӣ дар бораи хол ва ҳузури шабакаҳои иҷтимоӣ барои мақолаи додашуда бор мекунад. Маълумоти бештарро дар бораи Altmetric Attention Score ва чӣ гуна ҳисоб кардани хол дарёфт кунед.

Шарҳ: Ба ҷои реферат, ин саҳифаи аввали мақола аст.


Имконоти дастрасӣ

Дастрасии пурраи рӯзномаро дар давоми 1 сол ба даст оред

Ҳама нархҳо нархҳои NET мебошанд.
ААИ баъдтар дар кассир илова карда мешавад.
Ҳисоби андоз ҳангоми пардохт анҷом меёбад.

Дар ReadCube дастрасии маҳдуд ё пурра ба мақоларо дастрас кунед.

Ҳама нархҳо нархҳои NET мебошанд.


Диффузияи транзитии липидҳо дар ҳуҷайраҳои сурхи хун - Биология

Сохтори ҳуҷайра, диффузия, осмос ва мушкилоти амалияи нақлиёти фаъол

Саволҳои 1-2 ба ҳолати зерин ишора мекунанд:

Фарз мекунем, ки ду ҳуҷайраи боло дар онҳо дигар маводи гудохташуда надоранд ва мембранаи байни ҳуҷайраҳо об мегузарад, аммо шакарро намегузаронад.

1. Ҳаракати об байни ду ҳуҷайра дар кадом самт ба амал меояд? Чаро?

2. Бо фоизи шакар дар ҳуҷайраи В чӣ мешавад? Чаро?

3. Фарз мекунем, ки ду ҳуҷайраи дар поён буда ҳам барои ионҳои хлорид ва ҳам калсий мегузаранд. Натиҷаҳоеро, ки дар чашмакҳои зер дида мешаванд, дар робита бо диффузия ва/ё интиқоли фаъол шарҳ диҳед.

4. Тақрибан аз дувоздаҳ то бисту чор соат пас аз хӯроки охирин, сатҳи шакар дар хуни одам одатан аз 60 то 90 миллиграмм (мг) барои 100 миллилитр (мл) хун фарқ мекунад, гарчанде ки пас аз хӯрокхӯрии дорои карбогидратҳо он метавонад то 130 мг/100 мл зиёд шавад. . Нигоҳ доштани сатҳи шакар дар хун дар доираи хеле танг нигоҳ дошта мешавад, новобаста аз истеъмоли нобаробар шакар аз қобилияти бадан дар иҷрои _______________________ вобаста аст? Фарз мекунем, ки сатҳи шакар дар хун чунин аст не доимӣ боқӣ мемонад, қанди баланди хун ба ҳуҷайраҳои бадан чӣ гуна таъсир мерасонад, масалан. ҳуҷайраҳои сурхи хун? Пешгӯии худро аз рӯи осмос шарҳ диҳед.

5. Protozoa оби ширин, ки онро Paramecium ном дорад, тавассути сохтори ҳуҷайра, ки вакуолҳои контрактӣ номида мешавад, оби зиёдатиро аз баданаш хориҷ мекунад. Агар ин парамециум аз дарё ба соҳили обҳои шӯр шино кунад, пешгӯӣ кунед, ки сатҳи фаъолияти вакуоли контрактивии он чӣ мешавад. Пешгӯии худро дар робита бо осмос шарҳ диҳед.

Барои саволҳои 6-8 калиди зеринро барои ҷавоб додан ба саволи додашуда истифода баред.

6. Агар консентратсияи дохилии намаки Horatio 3,6% бошад ва шумо онро дар маҳлули 3,6% ҷойгир кунед, ин маҳлулро чӣ меномед?

7. Шумо Critter X-ро дар маҳлул бо консентратсияи маҳлули номаълум ҷойгир кардед. Пас аз ду соат шумо Critter X-ро тафтиш мекунед ва мебинед, ки ҳама ҳуҷайраҳои он варам мекунанд ва дарида истодаанд. Консентратсияи оби Critter X бояд бошад ? то ки ин натичахо ба даст оянд.

8. Ҳуҷайраҳои сурхи хун ба муҳити худ ____? ___ мебошанд.

9. Агар шумо онро дар муҳити гипотоникӣ ҷойгир кунед, бо ҳуҷайраҳои ситораи баҳр чӣ мешавад? Фаҳмонед, ки чаро.

10. Агар шумо онро дар муҳити гипотоникӣ ҷойгир кунед, бо ҳуҷайраҳои растанӣ чӣ мешавад? Фаҳмонед, ки чаро.

Саволҳои сершумори гумонбар

11. Кадом раванд ҳаракати холиси молекулаҳои қандро тавассути мембрана аз минтақаи консентратсияи камтар ба минтақаи консентратсияи баландтар дар бар мегирад? $a) осмос (б) диффузия (в) интиқоли фаъол (г) интиқоли ғайрифаъол (д) диффузияи мусоид

12. Дар бадани инсон иони калий метавонад ба осонӣ аз мембранаҳои ҳуҷайра гузарад, аммо консентратсияи ионҳои калий дар дохили бисёр ҳуҷайраҳо нисбат ба берун аз ин ҳуҷайраҳо зиёдтар аст. Ин ҳолат асосан натиҷаи раванди

(а) нақлиёти ғайрифаъол (б) нақлиёти фаъол (в) осмос (г) фагоцитоз (д) паҳншавии осон

13. Таҳлили кимиёвӣ нишон медиҳад, ки мембранаи ҳуҷайра асосан аз

(а) сафедаҳо ва крахмал (б) сафедаҳо ва целлюлоза (в) липидҳо ва крахмал (г) липидҳо ва сафедаҳо

14. Ҷараёни холиси маводҳо тавассути мембранаи ҳуҷайра бар зидди градиенти консентратсия маълум аст

(а) нақлиёти ғайрифаъол (б) нақлиёти фаъол (в) осмос (г) пиноцитоз

15. Вақте ки ҳуҷайра энергияро барои интиқоли маводҳо дар мембранаи ҳуҷайра истифода мебарад, раванд бо номи он маълум аст

(а) осмос (б) нақлиёти фаъол (в) диффузия (г) интиқоли ғайрифаъол (д) паҳншавии осон

16. Диффузияи молекулаҳои об дар дохил ва хориҷ аз ҳуҷайраҳо номида мешавад

(а) диффузия (б) пиноцитоз (в) осмос (г) нақлиёти фаъол (д) диффузияи осон

17. Ҳаракати холиси молекулаҳо ба ҳуҷайраҳо аз ҳама бештар ба
а) селективии мембранаи плазма
б) селективии девори ҳуҷайра
(в) шумораи нуклеолҳо
$D) таркиби генетикии ҳуҷайра

18. Ҳуҷайраи эритросите, ки дар оби соф ҷойгир карда шудааст, аз сабаби паҳншавии он варам мекунад ва метарад.
$A) намак аз ҳуҷайраи сурхи хун ба об
(б) об ба ҳуҷайраҳои сурхи хун
в) об аз ҳуҷайраи хун ба муҳити он
(г) намакҳо аз об ба ҳуҷайраҳои сурхи хун

  1. Лизосомаҳо
  2. Маҷмааи Голжи
  3. ER ҳамвор
  4. Nucleolus
  5. ER дағалона
  6. Ситоскелет
  7. Килия
  8. Весикулаҳо
  9. рибосомаҳо (ситоплазмавӣ)
  1. Нигоҳ доштани шакли ҳуҷайра
  2. Сохтори дароз ба қамчин монанд барои ҳаракати ҳуҷайра
  3. Маркази коркард ва тағирёбии кимиёвии ҳуҷайра
  4. Ҳозима
  5. Истеҳсоли рибосомаҳо
  6. Нигоҳ доштани тавозуни об дар дохили як ҳуҷайра
  7. Синтези сафедаҳои аз ҳуҷайра содиршаванда ва сафедаҳое, ки дар дигар органеллҳо истифода мешаванд
  8. Сохтори кӯтоҳ, ба мӯй монанд барои ҳаракати ҳуҷайра.
  9. Биосинтези липидҳо
  10. Нигоҳдорӣ ва интиқоли моддаҳо дар дохили ҳуҷайра
  11. Синтези сафедаҳое, ки дар цитоплазма мавҷуданд

Барои расидан ба ду саволи зерин ба расми зер нигаред. Маҳлулҳо дар оғӯши қубури U дар поёни найча бо мембранаи интихобии гузаранда ҷудо карда мешаванд. Мембрана ба хлориди натрий гузаранда аст, аммо на ба глюкоза. Ҷониби А бо маҳлули 0,4 глюкозаи молярӣ ва 0,5 молярии хлориди натрий (NaCl) ва тарафи В бо маҳлули дорои 0,8 глюкозаи молярӣ ва 0,4 хлориди натрий пур карда шудааст. Дар аввал, ҳаҷми ҳарду даст яксон аст.

28. Дар оғози таҷриба,

а.) тарафи А ба тарафи В гипертоник аст.

б.) тарафи А ба тарафи В гипотоникӣ аст.

в) тарафи А ба тарафи В изотоникӣ аст.

г) ҷониби А нисбат ба глюкоза ба тарафи В гипертоникӣ аст.

д) ҷониби А нисбат ба NaCl гипотоникӣ аст.

29. Агар шумо пас аз 3 рӯз тарафи А-ро тафтиш кунед, шумо бояд пайдо кунед

а) кам шудани консентратсияи NaCl ва глюкоза ва баланд шудани сатҳи об.

б) камшавии консентратсияи NaCl, баланд шудани сатҳи об ва тағирёбии консентратсияи глюкоза.

в) тағироти холис дар система.

г.) ​​камшавии консентратсияи NaCl ва паст шудани сатхи об.

д) тағирот дар консентратсияи NaCl ва глюкоза ва баланд шудани сатҳи об.


Биография

Салли Пиас як химики ҳисоббарор бо таълими докторӣ дар биохимия мебошад. Вай ҳоло дотсенти кафедраи химияи Донишкадаи кӯҳӣ ва технологияи Ню -Мехико мебошад (New Mexico Tech). Вай ба механизми физикии расонидани оксиген дар сатҳи матоъ таваҷҷӯҳи дерина дорад. Салли дар Ҷамъияти биофизикӣ ва зергурӯҳи он оид ба биоэнергетика, митохондрия ва метаболизм фаъолона иштирок мекунад. Вай инчунин дар роҳбарии Ҷамъияти байналмилалии интиқоли оксиген ба бофта (ISOTT) иштирок мекунад ва дар гузашта барандаи ҷоизаи Мелвин Ҳ. Книсели ISOTT мебошад.


Натиҷаҳо

Диффузия дар мембранаи плазмаи аксон

Дар ин таҳқиқот мо таъсири APMS ва ҷамъшавии TMP -ро ба диффузияи липидҳо ва сафедаҳо дар APM таҳқиқ кардем. Муҳим он аст, ки мо ҳангоми ҳисоб кардани параметрҳои диффузионӣ шакли силиндрии аксонро ба назар гирифтем [58]. Барои ҳисоб кардани MSD ҳамчун функсияи вақт бо истифода аз маълумоти рақамӣ, мо аз он истифода бурдем, ки масофа дар сатҳи силиндрӣ ҳангоми печонидани пӯшида нигоҳ дошта мешавад. Мо аввал мавқеи зарраҳо дар силиндрро бо ғелонидани он дар як ҳавопаймои 2D кушодем ва сипас MSD -ро дар ҳавопаймои 2D ҳисоб кардем (Расми S4). Мо тавонистем ҷойивазкунии радиалиро нодида гирем доктор заррачаҳои мембрана, ки дар натиҷаи тағирёбии гармӣ ба вуҷуд омадаанд, зеро онҳо нисбат ба радиус хурд буданд р аз аксон (& lt 5% радиуси аксон). Дар натиҷа, координатаҳои зарра дар дохили системаи координатаҳои силиндрӣ (доктор,рдθ,дз) ба сатҳи ҳамвории 2D ҳамчун (rdθ,дз). Ғайр аз он, мо MSD -ро чен кардем (р 2 2 +дз 2 ) дар сатњи силиндрї дар њамвории координатњо ду = rdθ ва dv = дз. Дар якчанд маврид, мо ҳаракати гармиро ба диффузияи тӯлонӣ (диффузияи 1D дар баробари аксон) ва диффузияи трансверсивӣ (диффузияи 1D дар баробари гардиши аксон) ҷудо кардем, тавре ки дар S4 расм нишон дода шудааст. ва ҷузъҳои фарогири диффузия.

Актин ҳамчун деворҳо ҳалқа мекунад

Мо аввал миқёси вақтро барои моделсозии диффузия муқаррар кардем. Мо диффузияи липидҳоро чен кардем ва моделҳои худро бо натиҷаҳои таҷрибавии Накада ва ҳамкорон муқоиса кардем [16]. Мо дарёфтем, ки вобастагии вақт аз MSD барои липидҳо дар варақаҳои дарунӣ ва берунӣ шабеҳ буд (расми 3A). Ин аз он шаҳодат медиҳад, ки паҳншавии липидҳо дар модели мо аз APMS ба таври назаррас таъсир нарасондааст. Ғайр аз он, азбаски вобастагии MSD нисбат ба вақт хатӣ буд, липидҳо ба диффузияи муқаррарӣ дучор шуданд. Мо коэффисиенти диффузияро 1.14 × 10 −2 ҳисоб кардем σ 2 /тс, дар куҷо σ = 2.227 нм ва миқёси вақт аст. Бо мувофиқ кардани коэффисиенти диффузияи липидҳо Длипид = 1.14×10 −2 σ 2 /тс бо коэффисиенти диффузияи таҷрибавӣ ченшуда

0.3 мкм 2 /с [16], мо муайян кардем, ки тс = 1,82×10 -7 с. Мо қайд мекунем, ки часпакии мембранаро бо муодилаи Стокс-Эйнштейн пайдо кардан мумкин аст η = К.Б.Т./6ДлипидрП, дар куҷо рП радиуси заррачаи липидҳои донаи дағал аст. Бо истифода аз ҷадвали муайяншудаи вақт, мо дарёфтем, ки часпакии мувофиқи мембрана 0,6 астНс/м 2, ки ба маълумоти таҷрибавии гузоришшуда наздик аст [59]. Мо ин натиҷаро боз бо роҳи ҳисоб кардани коэффисиенти диффузияи IMP -и варақаи беруна тасдиқ кардем. Бо гузоштани MSD барои IMP-ҳои варақаи берунӣ бо функсияи хаттии вақт (расми 3B), мо муайян кардем, ки коэффисиенти диффузия Дберунӣ = 3.84×10 −3 σ 2 /тс = 0,11 мкм 2/с. Ин натиҷа ба арзиши коэффисиенти диффузияи таҷрибавӣ барои GPI-GFP дар AIS, пеш аз таъсиси тасмаҳои диффузия ва дар аксони дисталӣ, ки тасмаҳои диффузия надоранд, монанд аст [20]. Пас аз муқаррар кардани миқёси вақт, ки ба натиҷаҳои таҷрибавӣ мувофиқ аст, мо шароитеро муайян кардем, ки дар он ҳалқаҳои актин барои паҳн кардани варақаи беруна, варақаи ботинӣ ва сафедаҳои трансмембранӣ ҳамчун “панҷҳо” амал мекунанд.

(А). 2D MSDs аз липидҳои варақаҳои дохилӣ ва берунӣ. (Б). MSD -ҳои IMP -и варақаҳои берунӣ дар самтҳои дарозмӯҳлат ва каҷрав. Умумии MSD ҷамъбасти MSD -ҳои дарозмӯҳлат ва transversal буда, диффузияи сатҳиро ифода мекунад.

Диффузияи IMPs дар варақаи беруна.

Албрехт ва ҳамкасбон нишон доданд, ки диффузияи IMP-ҳои варақаи берунӣ бо ҳалқаҳое маҳдуд аст, ки бо ҳалқаҳои актинии AIS якҷоя ҷойгир мешаванд, ки эҳтимолан ҳамчун "панҷҳо" амал мекунанд [20]. Ин савол ба миён меояд: чӣ гуна ҳаракати IMP дар варақаи беруна аз ҷониби ситоскелети зермембранавӣ ва махсусан ҳалқаҳои актин маҳдуд карда мешавад? Мо барои фаҳмидани ин мушоҳидаи парадоксалӣ барои IMP -ҳои варақаҳои беруна траекторияҳо гирифтем.

Натиҷаҳои ибтидоии мо ҳеҷ гуна ҳудуди возеҳи актинро барои IMP -ҳои варақаи берунӣ нишон надоданд, дар ҳоле ки MSD -ҳои ҷузъҳои тӯлонӣ ва transverse диффузия ҳарду функсияҳои хаттии вақт буданд (Расми 3B ва S5 Расм). Мо минбаъд якчанд тавзеҳоти дигарро баррасӣ кардем, ки чӣ гуна актин метавонад ба паҳншавии варақаҳои берунӣ монеъ шавад. Як эҳтимолият ин буд, ки ассотсиатсияи афзоянда байни зарраҳои актин ва диффузияи IMP-и варақаи берунӣ, новобаста аз сафедаҳои бо актин алоқаманд - метавонад боиси ташаккули сарҳад ва паҳншавии IMP-ро маҳдуд кунад. Мо фарзия кардем, ки ассотсиатсия байни актин ва IMP танҳо бо як сафеда барои як заррачаи актин маҳдуд аст. Мо нишон додем, ки заррачаҳои актин метавонанд ба таври муваққатӣ бо зарраҳои сафедаи паҳншаванда пайваст шаванд, аммо ин ассотсиатсия ба ташаккули сарҳадҳои хуб муайяншуда барои паҳншавии IMPs оварда нарасонд (S6 расм).

Ниҳоят, мо тавзеҳи алтернативиро озмоиш кардем: ки ҳалқаҳои актин ба ҳаракати IMP монеъ намешаванд, балки ин монеа аз ҷониби сафедаҳое ба вуҷуд омадааст, ки маҷмӯаҳои пайванди актинро ташкил медиҳанд, аниқтараш, сафедаҳое, ки ҳалқаҳои актинро бо дуқабати фосфолипид мепайванданд. Дар ин модел, сафедаҳои марбут ба актин монеаҳо барои паҳн кардани IMP мебошанд, ки ба ҳаракати онҳо монеъ мешаванд [14]. Барои санҷидани ин имкон, мо моделсозӣ бо сафедаҳои актин-лангаршудаи андозаҳои гуногун (5 нм, 15 нм ва 25 нм) анҷом додем. Дар расми 4 траекторияҳои зарраҳои хурдтарин (5 нм) нишон дода шудааст. Мо дар варақаи берунӣ ягон сарҳади возеҳе наёфтем, ки ҳаракати IMP-ро маҳдуд кунад. Бо вуҷуди ин, вақте ки андозаи зарраҳо, ки сафедаҳои актин-лангарро ташкил медиҳанд, то 15 нм афзоиш ёфт, мо коҳиши басомади убури ҳалқаи актинро сабт кардем. Мо сарҳадҳои возеҳи актинро мушоҳида кардем ва ба ин васила диффузияи маҳдудро дар самтҳои тӯлонӣ мушоҳида кардем, вақте ки диаметри сафедаҳои актин-лангар 25 нм буд. Тавре ки интизор мерафт, ҳаракати тӯлонии IMP -и варақаи беруна инчунин ҳангоми паҳншавии диаметри зарраҳо дар 25 нм аз диффузияи маҳдуд ба таври ройгон тағйир ёфт. Аз ин рӯ, симулятсияҳои мо нишон медиҳанд, ки сафедаҳои марбут ба актин барои маҳдуд кардани ҳаракати паҳншавии IMP-и варақаи берунӣ заруранд.

(А). MSD-ҳои дарозии IMP дар варақаи беруна бо се андозаи AAP. Панелҳо (B), (C) ва (D) траекторияҳои 5 nm, 15 nm ва 25 nm AAP -ро нишон медиҳанд.

Диффузияи IMP дар варақаи дохилӣ.

Пас аз муқаррар кардани шароите, ки ҳалқаҳои актин метавонанд диффузияи IMP-ро дар варақаи берунӣ байни ду ҳалқаи ҳамсоя маҳдуд кунанд, мо нақши ҳалқаҳои актинро дар паҳншавии TMP-варақаҳои дохилӣ ва IMP-ҳо дар самти тӯлонии аксон муайян кардем. Ба маълумоти мо, ягон натиҷаҳои таҷрибавии дастрас нест, ки мо метавонем натиҷаи ададии худро муқоиса кунем. Ҳамин тариқ, ин моделиронӣ чаҳорчӯбаи таҷрибаҳои ояндаро фароҳам меорад. Мо интизорем, ки ҳалқаҳои актин ба паҳншавии дарозмуддат халал мерасонанд. Баръакс, шабакаи спектрин, ки ҳалқаҳои актинро мепайвандад, метавонад ба паҳншавии транзитӣ халал расонад. Аз ин рӯ, мо дар ин бахш танҳо диффузияи тӯлониро баррасӣ мекунем. Мо дар боби оянда диффузияи транзитиро муҳокима мекунем.

Дар мавриди диффузияи тулонӣ, мо дарёфтем, ки ҳаракатҳои варақаи дохилии TMP ва IMP-ро метавон ҳамчун диффузияи маҳдуд тавсиф кард (расми 5) бо сабаби маҳдудияти ҳалқаҳои актин [26, 60-62]. MSD як диффузияи комилан маҳдуд бо ифода дода мешавад, ки дар он Л дарозии хос аст ва Дмикро коэффисиенти диффузияи микроскопӣ мебошад [60]. Бо мувофиқ кардани натиҷаҳои ададӣ ба ифодаи дар боло зикршуда, мо дарёфтем, ки дар мавриди TMPs, дарозии хос Л≈48.5σ = 108 нм ва коэффисиенти диффузияи микроскопӣ буд (Ҷадвали S2 ва S7 Расми). Бо дохил кардани масофаи стерикии 30нм байни TMP ва заррачаи актин ба ду тарафи рахи силиндрии аксон, мо паҳнои рахи 168 нм ба даст овардем, ки ба масофаи 185 нм байни ду ҳалқаи актин, ки дар модели мо истифода мешаванд, наздик аст. Ин натиҷа инро исбот мекунад Л метавон ченаки масофаи миёнаи максималии аз ҷониби TMP қад-қади аксон тайшуда ҳисобида шавад. Барои IMP-ҳои варақаи дохилӣ, мо дарёфтем, ки дарозии хос аст Л≈52σ = 115.8 нм ва коэффисиенти микроскопии диффузия аст. Тавре ки интизор мерафт, ин арзиши коэффисиенти диффузия ба арзише, ки барои IMP-ҳои варақаи берунӣ гирифта шудааст, монанд буд. Коэффисиентҳои диффузионӣ аз сабаби радиусҳои гуногунашон байни ТМР ва ИМП фарқ мекарданд, ки боиси TMP -ҳо бо зарраҳои ҳам қабатҳои липидҳо ва ҳам бо IMP -ҳо бо зарраҳои танҳо як қабати липидҳо шуданд.

(A). MSD -и дарозмуддати IMP дар варақаи дохилӣ. (Б). Траекторияҳои IMP дар варақаи дохилӣ. (C). MSD дарозии TMPs. (D). Траекторияҳои TMPs.

Хулоса, мо дарёфтем, ки ҳалқаҳои актин метавонанд паҳншавии тӯлонии дохилиро маҳдуд кунанд, аммо на аз липидҳо ва сафедаҳои берунии варақ. Протеинҳои иловагии бо актин алоқаманд, ки дуқабати фосфолипидро ба ҳалқаҳои актин мепайвандад, барои маҳдуд кардани паҳншавии липидҳо ва сафедаҳои берунии варақаҳо заруранд.

Нақши нахҳои спектрин ҳамчун "деворҳои" гузаранда

Сипас, мо нақши филаментҳои спектринро дар паҳншавии сафедаҳои мембранаҳои аксоналӣ таҳқиқ кардем. Далелҳои фаровон нишон медиҳанд, ки филаментҳои спектрин дар баробари аксон нигаронида шудаанд ва нуқтаи N спектри βIV ба ҳалқаҳои актин пайваст карда шудааст. Мо қаблан нишон дода будем, ки филаментҳои спектр дар зери шиддати энтропикӣ қарор доранд ва тартиби даврии актин/спектрин аксонро муқовимат ва чандирии механикӣ таъмин мекунад [11]. Тавре ки дар боби қаблӣ муҳокима карда шуд, ҳалқаҳои актинӣ дар самти гирду атрофии аксон печонида мешаванд ва ҳаракати TMPs ва IMP -и варақаи дохилиро дар самти тӯлонӣ маҳдуд мекунанд. Дар ин ҷо, мо тафтиш кардем, ки оё филаментҳои спектрин ба диффузияи transverse -и IMP -ҳои аксоналии варақаҳои дохилӣ ва беруна таъсири монанд доранд ё не.

Диффузияи transverse IMP-ҳои варақаи беруна барои ассотсиатсияҳои гуногуни дуқабатаи спектрин-фосфолипид.

Барои ин симулятсияҳо, мо танҳо як такони стерикӣ дар байни филаментҳои спектрин ва дуқабати фосфолипидро (н = 0 дар баробарии 4). MSD-ҳои варақаи берунии IMPs вобастагии хатиро аз вақт нишон доданд (S8 Расми ). Коэффисиентҳои диффузияи транзитии мувофиқ ва ба коэффисиенти диффузияи тӯлонӣ шабеҳ буданд (расми 3). Ин маънои онро дорад, ки IMP-ҳои варақаи берунӣ ҳам дар самти тӯлӣ ва ҳам дар транзит диффузияи муқаррариро аз сар мегузаронанд ва диффузияи мувофиқ аз филаментҳои спектринии зер мембрана таъсир намерасонад. Ин натиҷа тааҷҷубовар нест, зеро IMP -ҳои варақаи берунӣ бо нахҳои спектрин мустақиман ҳамкорӣ намекунанд.

Диффузияи transverse TMPs ва IMPs варақаи дохилӣ барои ассотсиатсияҳои гуногуни биқабати спектрин-фосфолипидҳо.

Паҳншавии TMP ва IMP -и варақаи дохилӣ эҳтимолан ғайримуқаррарӣ аст, зеро TMPs ва IMPs бо APMS мустақиман ҳамкорӣ мекунанд. Ин намуди диффузия аз таъсири мутақобилаи байни филаментҳои спектрӣ ва зарраҳои диффузия вобаста аст. Агар қабати липидҳо ва зарраҳои спектрин ҷалби қавӣ дошта бошанд, филаментҳои спектрин хеле наздик мемонанд ё ҳатто ба қабати липидҳои цитоплазмавӣ пайваст мешаванд ва ҳамчун монеаҳои инъикоскунандаи гузаранда амал мекунанд. Дар ин ҳолат, мо интизорем, ки диффузияи transverse ба марҷонҳои кортекс, ки аз филаментҳои пайдарпайи спектрин ва қисмҳои мувофиқи ҳалқаҳои актин ташаккул ёфтаанд, маҳдуд хоҳад шуд (расми 1). Агар липидҳо ва зарраҳои спектрин ба ҳамдигар заиф ҷалб карда шаванд, мо интизорем, ки филаментҳои спектрини ларзишкунанда бо дуқабати фосфолипидии ларзон монеаҳои муваққатӣ ба вуҷуд меоранд, ки он гоҳ имкон медиҳад зарраҳои паҳншаванда гоҳ -гоҳ аз як қисм ба қисми дигар гурезанд. Ин ҳаракатро диффузияи хоп меноманд. Таъсири монеаи стерикӣ, ки мо дар байни филаментҳои спектрӣ ва TMPs ва IMP мушоҳида кардем, аз миқёси вақти хоси ларзишҳои мембрана, ларзишҳои спектр ва диффузия вобаста аст. Вақти характеристикаи конформатсия барои филаментҳои спектрин тақрибан 100 мк [28, 63] аст, баръакс, давраи хоси ларзишҳои мембранаи плазма тақрибан 500 мкс аст [64, 65]. Коэффисиенти диффузияи озод барои TMPs ва IMPs дар қабатҳои фосфолипидӣ 5.3 × 10 −9 аст см 2 с -1 [66]. Дар асоси ин натиҷа, мо ҳисоб кардем, ки як сафедаи мембрана тақрибан тақрибан 200 мс тӯл мекашад, тақрибан 10 нм, ки масофаи сафеда бояд барои тоза кардани монеаи спектринро тай кунад. Бо дарназардошти он, ки миқёси хоси вақтҳои дар боло зикршуда аз рӯи як андоза мебошанд, TMPs ва IMPҳо метавонанд монеаҳоеро, ки филаментҳои спектрин ба вуҷуд меоранд, убур кунанд, агар ягон робита байни спектрин ва фосфолипидҳои дуқабата вуҷуд надошта бошад.

Вақте ки мо диффузияи TMPs ва IMP -и варақаи дохилиро тафтиш кардем, MSDs вобастагии ғайримутамарказро ба вақт нишон доданд, вақте ки филаментҳои спектрин ва зарраҳои липидҳо пайваст намешаванд (хатҳои кабуд дар расми 6). Мо метавонем рафтори зер-диффузияро тавассути ду намуди диффузия тавзеҳ диҳем: (i) диффузияи аномалӣ ва (ii) диффузияи маҳдуд дар миқёси кӯтоҳмуддат, ки дар диффузияи хатӣ, оҳиста ва муқаррарӣ дар миқёси дарозтар ҷойгир шудаанд.

(А). MSD-и transverse аз варақаҳои дохилии IMPs дар ассотсиатсияҳои гуногуни спектрин-липидҳо. (Б). MSD transverse TMPs дар ассотсиатсияҳои гуногуни спектри-липидҳо.

Аз ҷиҳати назариявӣ, субдиффузияи аномалӣ аз ҷониби иерархияи беохири маконҳои ҳатмӣ ва монеаҳое ба вуҷуд меояд, ки ба диффузия монеъ мешаванд ва MSD-и он мутаносиб аст

t a, ки a & lt1 [67, 68]. Дар ҳуҷайраҳо маконҳои ҳатмӣ ва монеаҳо иерархияи ниҳоӣ доранд ва аз ин рӯ, диффузия метавонад субдиффузияи муваққатии аномалӣ барои муддати нисбатан кӯтоҳ ва диффузияи муқаррарӣ барои муддати дарозтар бошад. Модели мо аз APMS, аммо шумораи бепоёни филаментҳои спектрин дорад, зеро мо шартҳои даврии сарҳадиро истифода мебурдем. Аз ин рӯ, мо эҳтимолияти паҳншавии аномалии каҷравро дар тамоми миқёси вақт истисно намекунем, ба истиснои миқёси хеле ками вақти вобаста ба ҳаракати баллистикӣ.

Агар модели диффузияи трансверсиалии мањдуд дар ваќтњои нисбатан кўтоњ ва диффузияи муътадили сусти трансверсиалї дар ваќтњои дароз истифода шавад, он гоњ MSD-ро бо ифодаи [60] тавсиф кардан мумкин аст. Аз ҷумла, мо ду коэффисиенти диффузияро интизорем: яке, ки дар миқёси вақт эътибор дорад, ки аз вақти убури хос ба таври назаррас хурдтар аст (Дмикро) ва яке, ки дар миқёси вақти хеле калонтар эътибор дорад (Дмакро). Дар RBCs, натиҷаҳои таҷрибавӣ нишон доданд, ки сафедаҳои гурӯҳи-3 аз диффузияи хоп мегузаранд. Гумон карда шуд, ки ин бо сабаби азнавсозии ситоскелетон ва қувваҳои ҳатмии байни спектрин ва липидҳо ба паҳншавии банд-3 хоп мусоидат мекунад [26, 66]. Симулятсияҳои мо барои мембранаи RBC-и муқаррарӣ ва ноқис нишон доданд, ки навъи диффузияи банд-3 бо пайвастагии скелети мембрана ва ассотсиатсияи дуқабати фосфолипид ва скелети мембрана назорат карда мешавад [25].

Барои фаҳмидани он, ки кадом модел натиҷаҳои ададии моро беҳтар шарҳ медиҳад, мо ифодаҳоро барои ҳарду диффузияи аномалӣ истифода бурдем MSD(т) = Ct α ва диффузияи маҳдуди хоп барои мувофиқ кардани MSDs TMPs ва IMP-ҳои варақаи дохилӣ дар самти атрофи аксон. Арзиши меъёри квадратии боқимонда ҳамчун меъёри мо барои мувофиқати беҳтарин хизмат мекард (Расми S9). Натиҷаҳо нишон медиҳанд, ки диффузияи маҳдуд-хоп бо диффузияи муқаррарии дарозмуддат нисбат ба диффузияи аномалии TMPs ва IMPs дар варақаи дохилӣ наздиктар аст. Бо истифода аз модели маҳдуди диффузионӣ, мо ба даст овардем ва, ки ба арзишҳои шабеҳ монанданд ва мутаносибан дар ҷадвали S3 нишон дода шудаанд. Мо коэффициентҳои диффузияи макроскопии TMPs ва IMP -и варақаи дохилиро дар самти гирду атрофи аксон ҳисоб кардем ва мутаносибан. Мо қайд мекунем, ки ин арзишҳо аз 10 то 20 маротиба хурдтар аз коэффисиентҳои диффузияи микроскопии мувофиқ мебошанд.

Сипас, мо диффузияи transverse -ро барои сатҳҳои гуногуни ҷалби байни спектрин ва липидҳо таҳқиқ кардем. Ин махсусан муҳим аст, зеро спектрин βIV дорои домени плекстрин мебошад, ки ба спектрин бо дуқабати фосфолипид таъсир мерасонад. Аввалан, мо фаҳмидем, ки ба диффузияи гузариши IMP-ҳои варақаи берунӣ ҳатто вақте ки зарраҳои спектр ва липидҳо сахт алоқаманд буданд (n = 0,02 ё 0,05 дар муодилаи 4) ба риштаҳои спектр таъсир намерасонанд. Махсусан, мо вобастагии тақрибан хаттии MSDs -ро нисбат ба вақт мушоҳида кардем (Расми S8), ки коэффисиенти диффузияи Длипид,н = 0.02 = 1.09×10 −2 σ 2 /тс, Длипид,н = 0.05 = 1.07×10 −2 σ 2 /тс барои липидҳо ва Дберунӣ,н = 0.02 = 3.77×10 −2 σ 2 /тс, Дберунӣ,н = 0.05 = 3.65×10 −2 σ 2 /тс барои IMP -и варақаи беруна. Ин арзишҳо ба коэффисиентҳои диффузия зич шабоҳат доранд (Длипид,н = 0 = 1.14×10 −2 σ 2 /тс, Дберунӣ,н = 0 = 3.84×10 −3 σ 2 /тс) барои липидҳои озод ва IMP-ҳои озоди варақаи берунӣ, ки дар як қабати ҳамвори фосфолипид бе монеаҳои спектрӣ ҳаракат мекунанд.

Баръакси ин, MSD-ҳои TMP ва IMP-и варақаи дохилӣ бо рафтори маҳдуди диффузия тавсиф карда шуданд (хатҳои сиёҳ ва сурх Расми 6). Бо мувофиқ кардани маълумоти рақамӣ ба ифодаи ҷойивазкунии MSD дар диффузияи маҳдуд, мо коэффисиентҳои мувофиқи диффузияи микроскопии онҳоро дар n = 0.02, ва дар n = 0.05 истихроҷ кардем. Арзишҳои коэффисиенти микроскопии диффузия дар самти каҷрав ба арзишҳое, ки барои диффузияи маҳдуди тӯлонӣ ва диффузияи муқаррарии сафедаҳои мувофиқ мушоҳида шудаанд, шабоҳат доштанд. Барои IMP -и варақаи дарунӣ дарозии характеристикӣ буд Л≈5.91σ= 13,16 нм дар n = 0,02 ва Л≈5.09σ= 11.34 нм дар n = 0.05. Илова бар ин, мо дарозии хоси TMP-ро ҳисоб кардем Л≈4.15σ= 9,24 нм дар n = 0,02 ва Л≈3.22σ= 7.17 нм дар n = 0.05. Бо илова кардани масофаи мувофиқи стерикӣ ба заррачаи спектр, мо масофаеро ба даст овардем, ки ба масофаи даврии даврӣ байни риштаҳои спектрӣ наздик буд, ки тақрибан 35 нм буд.

We conclude that repulsive interaction between the axonal membrane proteins and the spectrin filaments results in confined diffusion of TMPs and IMPs of the inner leaflet when spectrin filaments and lipids are strongly associated. When there is no attraction between the spectrin and lipid particles, the oscillations of lipid layer and spectrin filaments hinder the motion of axonal membrane proteins but do not completely prohibit crossing of the spectrin barriers. Thus, TMPs and IMPs of the inner leaflet can hop over the spectrin corrals, which leads to normal diffusion at a larger time scale. However, this process is characterized by a smaller macroscopic diffusion coefficient compared to the microscopic one. Therefore, MSDs at larger time scales account for the inter-compartmental hop diffusion between spectrin filaments in the circumferential direction.

Effect of accumulation of TMPs on the diffusion of lipids and membrane proteins in the APM of the AIS

In neurons that have matured past ten days in vitro (DIV), the AIS acts as a diffusion barrier and completely halts diffusion while the structure of the APMS remains essentially the same. By contrast, among neurons that are no older than a week (< DIV 6), proteins within the AIS are diffusive. It is possible that the lack of diffusion in the AIS at the later developmental time points is due to accumulation of ankyrin-binding TMPs in the AIS, such as Na and potassium channels [69, 70]. We have demonstrated that the APMS hinders, but does not completely stop, the thermal motion of axonal membrane proteins. This result is similar to an earlier experimental finding in cochlea outer hair cells that showed cytoskeletal structures alone constraint but do not completely prevent lateral mobility of membrane proteins [71]. We therefore hypothesized that accumulation of TMPs in the AIS plays an important role in ceasing diffusion of APM proteins.

We considered different accumulation levels of TMPs that were anchored to the APMS with a limited motion range as is typically the case with ion channels such as voltage-gated sodium (Nav) and potassium (Kv) channels (i.e KCNQ2). We attached the TMPs particles at random points of the middle surface of the lipid bilayer via a spring with stiffness к0 = 6.5ε/σ 2018-01-11 121 2 . This resulted to an average radius of gyration Рg≃4.83 нм of the anchored TMPs in the APM comparable to their diameter. We then created different environments by increasing the initial surface accumulation of TMPs from three particles per rectangular corral (ρ = 3 pprc) to 20, 45, 60, and 90 (S10 Fig). These surface densities of TMPs corresponds to surface area coverages of 0.87%, 5.83%, 13.11%, 17.48%, and 26.22%, respectively. We first measured the MSDs of IMPs of the outer leaflet at the axon’s longitudinal and transverse directions at different TMP densities, with no attraction between spectrin filaments and lipid particles (n = 0 in Eq 4). We observed that increased accumulation of TMPs did not noticeably and for the observed time scale alter the diffusion type of IMPs of the outer leaflet, which remained normal (Fig 7A and 7B). However, it caused a reduction in both the longitudinal and transverse diffusion coefficients and the total corresponding diffusion coefficients from Дберунӣ,3 pprc = 3.84×10 −3 σ 2 /тс for ρ = 3 pprc to Дберунӣ,20 pprc = 2.36×10 −3 σ 2 /тс for ρ = 20 pprc, Дберунӣ,45 pprc = 7.43×10 −4 σ 2 /тс for ρ = 45 pprc, Дберунӣ,60 pprc = 1.41×10 −4 σ 2 /тс for ρ = 60 pprc, and Дберунӣ,90 pprc = 2.24×10 −5 σ 2 /тс for ρ = 90 pprc, as shown in S4 Table. From the result it is clear that at ρ = 90 pprc (

26% surface coverage) the diffusive motion of IMPs of the outer leaflet almost ceased since the corresponding diffusion coefficient Дберунӣ,90 pprc for 90 pprc is more than 500 times smaller than the diffusion coefficient Длипид = 1.14 × 10 −2 σ 2 /тс of particles that represent lipids. It is noted however that this reduction in diffusivity cannot cause the formation of stripes. Similarly with the IMPs of the outer leaflet, diffusion of particles representing lipids remained normal but the diffusion coefficient reduced as the accumulation of TMPs increased and at ρ = 90 pprc diffusion practically ceased (S11 Fig and S4 Table).

(A). Longitudinal and (B). Transverse MSDs of IMPs of the outer leaflet at 3, 20, 45, 60 and 90 pprc. (C). Longitudinal and (D). Transverse MSDs of IMPs of the inner leaflet at 3, 20, 45, 60 and 90 pprc. The percentages of surface area coverage are 0.87%, 5.83%, 13.11%, 17.48%, and 26.22%, respectively.

Next, we measured the MSDs of IMPs of the inner leaflet at the axon’s longitudinal and transverse directions at different TMP densities, with no attraction between spectrin filaments and lipid particles (n = 0 in Eq 4). As discussed previously, IMPs of the inner leaflet underwent confined longitudinal diffusion. This is apparent in Fig 7C for ρ = 3 pprc and ρ = 20 pprc, where MSDs almost reached their maximum value for the observed number of time steps. For ρ = 45 pprc, ρ = 60 pprc, and ρ = 90 pprc, although the longitudinal diffusion was eventually confined, the required number of time steps for the MSDs to reach their maximum value went beyond the observed time period. For example, if we used the characteristic length Л = 115.8нм, computed in the case of ρ = 3 pprc for IMPs of the inner leaflet, we found that when ρ = 45 pprc, approximately 8×10 7 more time steps were required to reach the maximum MSD value. This meant that at ρ = 45 pprc (13.11% area coverage), the motion of IMPs of the inner leaflet was significantly hindered and the number of time steps in our simulation was not large enough to see the effect of corrals.

The effect of the accumulation of TMPs was clearly reflected on the value of the microscopic diffusion coefficient, which corresponds to the slope of the linear portion of the MSD graph at small time scale. By fitting the corresponding MSDs with the expression of confined-hop diffusion, we found that as the density ρ increased from 3 to 20, 45, 60, and 90 pprc, the microscopic diffusion coefficient for the IMPs of the inner leaflet decreased from to to and to respectively (Fig 7C and S5 Table). In transverse diffusion, accumulation of TMPs once again failed to change the nature of diffusion and merely reduced the micro-diffusion coefficient. As discussed above, transverse diffusion can be described as confined hop diffusion. For the values ρ = 3, 20, 45, 60, and 90 pprc the micro-diffusion coefficients for the IMPs of the inner leaflet decreased from to to , and to (Fig 7D and S5 Table).

For completeness, we also investigated how accumulation of TMPs, which are not anchored to the APMS but that can thermally diffuse, affects the diffusive motion of IMPs of the inner and outer leaflet. We previously considered the effect of APMS, when the density of TMPs between the actin rings was set to ρ = 3 pprc, which was a very low density compared to the density of membrane proteins in the axons of mature neurons (no accumulation of TMPs S10 Fig) [69, 70]. To study the effect of the accumulation of TMPs, we again created different environments by increasing the initial surface density of TMPs from ρ = 3 to 20, 45, 60, and 90 pprc. We found that the TMPs behave similarly to IMPs of the inner leaflet. The longitudinal diffusion was confined and the transverse diffusion was confined hop-diffusion. We also found that the diffusion types of IMPs of the outer and inner leaflets were similar with the cases when TMPs were fixed (Fig 7, S12 and S13 Figs). The results are discussed in detail in Supporting Information (S1 Text).


Реферат

Objective—

Reverse cholesterol transport (RCT) involves the removal of cholesterol from peripheral tissue for excretion in the feces. Here, we determined whether red blood cells (RBCs) can contribute to RCT.

Усулҳо ва натиҷаҳо -

We performed a series of studies in apolipoprotein AI-deficient mice where the high-density lipoprotein–mediated pathway of RCT is greatly diminished. RBCs carried a higher fraction of whole blood cholesterol than plasma in apolipoprotein AI-deficient mice, and as least as much of the labeled cholesterol derived from injected foam cells appeared in RBCs compared with plasma. To determine whether RBCs mediate RCT to the fecal compartment, we measured RCT in anemic and control apolipoprotein AI-deficient mice and found that anemia decreased RCT to the feces by over 35% after correcting for fecal mass. Transfusion of [ 3 H]cholesterol-labeled RBCs led to robust delivery of the labeled cholesterol to the feces in apolipoprotein AI-deficient hosts. In wild-type mice, the majority of the blood cholesterol mass, as well as [ 3 H]cholesterol derived from the injected foam cells, was found in plasma, and anemia did not significantly alter RCT to the feces after correction for fecal mass.

Хулоса -

The RBC cholesterol pool is dynamic and facilitates RCT of peripheral cholesterol to the feces, particularly in the low high-density lipoprotein state.

It is generally accepted that lipoproteins carry cholesterol in plasma throughout the body. Increasing high-density lipoprotein cholesterol (HDL-C) via apolipoprotein AI (apoAI) gene transfer in mice has been shown to increase reverse cholesterol transport (RCT), as measured by tracing the levels of [ 3 H]cholesterol transferred from injected macrophages to the plasma, liver, and feces. 1 Yet, in humans, whole blood is composed of ≈45% red blood cells (RBCs) by volume, and the cholesterol concentration in RBCs is comparable to that found in the plasma, carried by lipoproteins. 2 RBC plasma membranes contain free cholesterol that can bidirectionally exchange with plasma lipoprotein cholesterol approaching equilibrium ex vivo in ≈6 hours, with the kinetics indicating transfer via aqueous diffusion. 3 Despite their significant carrying capacity for cholesterol, the role that RBCs may play in RCT has not been previously addressed. Here we show that apoAI-deficient (apoAI −/− ) mice carry most of their cholesterol in the RBC compartment as opposed to the plasma compartment. When we made these apoAI −/− mice anemic, RCT to the fecal compartment was reproducibly decreased.

Усулҳо

Wild-type (WT), apoAI −/− , 4 and apoAI transgenic mice, 5 all on the C57BL/6 background, were purchased from The Jackson Laboratory. All experiments were performed in accordance with the Cleveland Clinic Institutional Animal Care and Use Committee.

RCT Assays

These studies were performed using methods similar to those described previously. 6 Murine bone marrow macrophages were cultured from WT mice for 11 to 14 days in DMEM supplemented with 20% L-cell conditioned medium (as a source of macrophage colony-stimulating factor) and 10% fetal bovine serum. To load and label macrophages with [ 3 H]cholesterol, cells were incubated with DMEM containing 20% L-cell conditioned medium, acetylated low-density lipoprotein (50 µg/mL), and [ 3 H]cholesterol (2 µCi/mL Perkin Elmer) for 1 to 2 days. Foam cells were washed twice with DMEM before harvesting for in vivo injection, and ≈2 million cells containing ≈3 million [ 3 H]cholesterol dpm in a volume of 0.25 mL were injected subcutaneously between the shoulder blades of recipient mice. The injected dpm was quantified from an aliquot of the foam cell suspension intended for in vivo injection by extracting [ 3 H]cholesterol with hexane:isopropanol (3:2) and measuring radioactivity by liquid scintillation counting. Blood (75 to 100 µL) was collected daily from the tail vein or retro-orbitally and centrifuged to isolate plasma. The plasma radioactivity was determined, and total plasma dpm was calculated by estimating blood volume to be equal to 7% of the body weight and plasma to be 55% of the blood volume, unless a hematocrit value was obtained, in which case the actual percentage of plasma was used in the calculations. RCT to the plasma was calculated as the percentage of dpm appearing in plasma/total dpm injected. To quantify [ 3 H]cholesterol in RBCs, typically 20 µL of whole blood was centrifuged to isolate cells. The cell pellets were carefully washed twice with PBS, [ 3 H]cholesterol was extracted with hexane:isopropanol (3:2), and the radioactivity was measured by liquid scintillation counting. The total RBC dpm was calculated by estimating blood volume to be equal to 7% of the body weight and RBC volume to be 45% of the blood volume, or the value based on the observed hematocrits. RCT to the RBC compartment was quantified as the percentage of dpm in total RBCs/injected dpm. Feces were collected daily and allowed to soften in a 50% ethanol solution. In certain experiments, feces collected daily were first dried overnight at 55°C, weighed, and then softened in 50% ethanol solution. After hydration, the feces were homogenized, and an internal recovery standard of 10 000 dpm of [14C]cholesterol (Perkin Elmer) was added to each sample. The radioactivity in a 0.3-mL aliquot of the fecal homogenate was measured by liquid scintillation counting after chemiluminescence had decayed. The [14C]cholesterol dpm was used to back calculate the [ 3 H] recovery for the entire fecal homogenate. RCT to the feces was calculated as the percentage of dpm in feces/injected dpm. We have observed that fecal RCT can be artificially high for some mice if any of the injected labeled cells leak out of the injection site and are consumed orally by the mice. Thus, any mouse with fecal RCT >2 SDs above the mean of the remaining data within each group was excluded from analysis. Fecal neutral sterols were analyzed by modification of a previously described protocol. 7 Sterols were saponified in 0.3 mL aliquots of fecal homogenates by adding 0.3 mL of ethanol and 0.4 mL of 1M NaOH. After heating at 95°C for 2 hours, neutral sterols were extracted 3× with 9 mL hexane, pooled, dried, and counted. The bottom phase was adjusted to neutral pH and counted as the bile acid fraction. Average recovery of the [14C]cholesterol internal standard in the neutral sterol fraction was 96.5±6.2%. Upon euthanization, each mouse was perfused with PBS by making an incision in the right atrium and injecting the left ventricle with 10 mL of PBS. The liver was harvested, weighed, suspended in PBS, homogenized, and 10 000 dpm of [14C]cholesterol was added as a recovery standard, with aliquot counting and RCT calculation as described above.

Plasma and RBC Cholesterol Assays

Whole blood was centrifuged at 305 x g for 5 minutes to separate the plasma from cellular compartments. For simplicity, we refer to the cellular fraction as the RBC compartment, although it also contains leukocytes and platelets. The plasma cholesterol concentration was determined using an enzymatic assay from StanBio Laboratory. The RBC fraction was carefully washed twice in PBS to remove any plasma contamination, and lipids in the cell pellet were extracted with hexane:isopropanal (3:2). After drying the solvent, lipids were dissolved in isopropanol:nonyl phenoxylpolyethoxylethanol-40 (9:1), and cholesterol was measured as previously described. 8 The concentrations of the plasma and cellular cholesterol pools were normalized to 1 dL of whole blood assuming that the cellular and plasma fractions make up 45% and 55%, respectively, of whole blood volume.

Induction of Anemia

ApoAI −/− or WT mice were anesthetized with isoflurane and bled retro-orbitally into a heparinzed capillary tube for 3 consecutive days (≈290 µL of blood per day) to induce hemorrhagic anemia. In specified studies, the blood was centrifuged to isolate the plasma, and then the plasma was reinjected retro-orbitally with a 26-gauge needle into the contralateral retro-orbital plexus while the mouse was under anesthesia. An additional 60 µL of blood was removed retro-orbitally to determine daily hematocrits. Thus, a total of ≈350 µL of blood was bled from each mouse in the anemic group daily. Control mice were anesthetized with isoflurane and then allowed to recover without bleeding. The anemic and control mice were used for RCT studies as described above.

Ex Vivo Labeling and Transfusion of RBCs

A WT mouse was bled retro-orbitally to collect 1 mL of whole blood. The blood was spun at 400g for 15 minutes, and the plasma and buffy coat layers removed. To label RBCs, the RBC pellet was resuspended to 1 mL of PBS and incubated with 10 µCi [ 3 H]cholesterol (1% ethanol final concentration) for 10 minutes at 37°C. The RBCs were washed twice by suspension in PBS and centrifugation at 400g for 15 minutes, resuspended into 1.5 mL PBS, and injected (100 µL per mouse) retro-orbitally into each recipient mouse while the mouse was anesthetized with isoflurane. At ≈1 minute after injection, blood was obtained from the tail vein to calculate injected radioactivity at time zero. After 48 hours, the recovery of [ 3 H] radioactivity and calculation of the percentage of the time zero dose in the plasma, RBCs, liver, and feces were performed as described above.

Натиҷа ва Гуфтугӯ

A series of observations led us to hypothesize the existence of a novel non-HDL pathway involving RBCs that contributes to fecal RCT. First, RCT was assessed in murine models by subcutaneous injection of cholesterol-labeled foam cells and following the cholesterol radioactivity into the plasma, hepatic, and fecal compartments over 3 days. RCT was compared in apoAI −/− , WT, and human-apoAI transgenic mice, with varying levels of HDL-C (12.2±13.5, 92.9±10.5, and 135.7±12.1 mg/dL, respectively П<0.001 by ANOVA posttest). Compared with apoAI transgenic hosts, apoAI −/− hosts had ≈18-fold less [ 3 H]cholesterol transfer to the plasma but only 2.2-fold less transfer to the feces (Figure 1A). Thus, in apoA1 −/− mice, where HDL-mediated RCT is greatly diminished, RCT to the feces was relatively preserved. Secondly, we examined the steady-state cholesterol content in whole blood and found that the plasma and RBC (including other minor cellular fractions) cholesterol pools were roughly equivalent in WT mice. However, in apoAI −/− mice, the RBC compartment had >2-fold higher cholesterol level than the plasma compartment (Figure 1B). Thirdly, we followed [ 3 H]cholesterol appearing in both the plasma and RBC compartments in an RCT study of apoAI −/− hosts. Over 4 days, we observed a trend that more of the cholesterol tracer was found in the RBC versus the plasma pool (Figure 1C), implicating a role for RBCs in RCT. Based on these initial observations, we hypothesized the existence of an alternative non-HDL pathway by which peripheral cholesterol reaches the feces, involving RBCs, the other major reservoir of cholesterol in blood.

RBCs serving as a non-HDL pathway for RCT would be especially evident in apoAI −/− mice because they carry a greater fraction of cholesterol in the RBC compartment versus the plasma compartment compared with WT mice. Thus, decreasing the quantity of RBCs in apoAI −/− mice would be expected to decrease the transfer of [ 3 H]cholesterol from foam cells to the feces. To test this hypothesis, we induced hemorrhagic anemia in apoAI −/− female mice by removing ≈0.3 mL of blood from the retro-orbital plexus for 3 consecutive days, and on the third day (day 0 of the RCT assay in Figure 2A) cholesterol-labeled macrophages were injected subcutaneously into anemic and control apoAI −/− mice. Blood was drawn from each mouse on 2 subsequent days to determine hematocrits as well as the RCT to the plasma and RBC compartments. Feces were collected daily, and perfused livers were harvested on day 2. On days 1 and 2 of the RCT study, the hematocrits of the anemic mice were significantly lower than the control mice (Figure 2A, П& lt0.001). The decreased hematocrit of the control mice on day 2 versus day 1 was significant (П<0.01) and reproducible in response to the diagnostic bleeding on day 1. The increase in hematocrits in the anemic mice on day 2 versus day 1 (П<0.001) was reproducible, and presumably reflects increased erythropoiesis induced by mild hypoxia that can overcome the small blood loss due to diagnostic bleeding on day 1. RCT to the plasma pool was low in both groups and not altered by anemia on either day (Figure 2B). RCT to the RBCs was higher in the control group than the anemic group on both days (П<0.05), reflecting the smaller RBC pool in anemic mice. The sum of the RCT to the plasma and RBC compartments, namely RCT to whole blood, was reduced by 49% on day 1 and 25% on day 2. Anemia had no statistically significant effect on RCT to the liver, although there was a trend toward lower hepatic RCT in the anemic group. Cumulatively over 2 days, RCT to the feces was reduced by 54% in the anemic mice (Figure 2B, П& lt0.01). We repeated the anemia experiment in male apoAI −/− mice and observed similar effects with a 38% decrease in fecal RCT (П<0.05) and no significant effect on hepatic RCT (data not shown). The experiment was repeated again in female apoAI −/− mice with 2 modifications: plasma removed during bleeding to induce anemia was reinjected intravenously to restore plasma protein, and dried fecal weights were determined to ensure that decreased fecal RCT in the anemic group was not due to decreased fecal output. Anemia led to a 58% decrease in RCT to the feces over 2 days (П<0.01), no significant effect on hepatic RCT, but there was also a 33% decrease in dried fecal weight (П<0.05), which we attribute to the observed lethargy and presumed lower food consumption in the anemic mice. After normalizing RCT to the dried fecal mass, anemia still led to a 35% decrease in RCT/g feces (П& lt0.05). Thus, the decreased RBC pool size in anemic mice decreased RCT to the feces independent of any effects on decreased fecal output.

Our observation that anemia greatly impairs RCT to the feces without a significant effect on RCT to the liver suggests that RBCs may deliver their cholesterol to the feces by >1 route, such as the direct transintestinal cholesterol efflux pathway, 9 or that cholesterol delivered to the liver by RBCs versus HDL is handled differently in the liver. Alternatively, anemia may modestly impair RCT to the liver, but this difference may be too small to be detected without more power. To determine whether RBC cholesterol is efficiently transferred to the feces, we labeled mouse RBCs ex vivo with [ 3 H]cholesterol and transfused them into apoAI −/− mice. Radioactivity in the RBCs, plasma, liver, and feces was measured 2 days later. Only 4.5% of the injected cholesterol tracer remained in the RBC fraction, demonstrating rapid turnover of this pool, and even less (1.3%) was found in the plasma (Figure 3A). Most of the radioactivity was recovered in the liver (21.5%) and feces (32%). The observation that the feces and liver contain more of the tracer than the rest of the carcass is remarkable because it demonstrates highly robust transfer of RBC cholesterol to the liver and feces despite diminished HDL, which is thought to mediate much of the hepatobiliary RCT pathway. To determine whether the transintestinal cholesterol efflux pathway might play a prominent role in the delivery of RBC cholesterol to the feces, we compared the fraction of fecal [ 3 H]cholesterol in neutral sterols (because direct intestinal cholesterol secretion would increase the fraction in neutral sterols versus bile acids) between WT mice (where plasma and RBC cholesterol pools are similar) and apoAI −/− mice (where RBCs constitute the major blood cholesterol pool). We found that the neutral sterol 3 H fraction was 20.7±3.1% in WT mice, but only 13.0±2.4% in apoAI −/− mice (П<0.05, Figure 3B). We observed a compensatory change for the 3 H recovered in the bile acid fraction with 80.2±2.2% in WT mice and 88.6±1.9% in apoAI −/− mice (П& lt0.01). Thus, in apoAI −/− mice where the majority of the RCT [ 3 H]cholesterol pool of whole blood is in RBCs, this cholesterol is more efficiently converted into bile acids compared with WT mice, suggesting more efficient bile acid synthesis from the RBC cholesterol pool versus the HDL-C pool. Combined with the finding of robust transfer of RBC-derived cholesterol tracer to the liver, our data support the model that RBC cholesterol traffics through the liver more efficiently than HDL-C, whose uptake and metabolism are dependent on scavenger receptor class B type I trafficking. Furthermore, our data suggest that the transintestinal pathway does not play a prominent role in RCT mediated through the RBC cholesterol pool.

To determine whether anemia could modulate RCT in mice with normal HDL-C levels, we repeated the anemia study previously done on apoA1 −/− hosts, but this time in WT male mice. We induced anemia by bleeding on days −2 to 0 of the anemia time course, and the plasma recovered from whole blood was reinjected intravenously (n=7 each in the control and anemic groups), On days 1 and 2 of the RCT study, the hematocrits of the anemic mice were significantly lower than the control mice (Figure 4A, П& lt0.001). RCT to the plasma pool in WT mice was robust, compared with apoAI −/− mice, and not altered by anemia on either day (Figure 4B). RCT to the RBCs was higher in the control group than the anemic group on both days (П<0.001), reflecting the smaller RBC pool in anemic mice. RCT to whole blood, the sum of RCT to the plasma and RBC compartments, was reduced by 20% on day 1 and only 7% on day 2 (compared with 49% and 25% reductions on days 1 and 2, respectively, in the experiment performed in apoA1 −/− deficient hosts shown in Figure 1B), reflecting the larger proportion of RCT mediated through the plasma (lipoprotein) compartment. Anemia had no statistically significant effect on RCT to the liver. Cumulatively over 2 days, RCT to the feces was reduced by 39% in the anemic mice (Figure 4B, П& lt0.001). However, this effect was due to the significantly lower fecal mass in the anemic group (П<0.001), because after correction for fecal mass, there was only a nonsignificant trend with 17.4% reduced fecal RCT in the anemic group (Figure 4B). A power analysis based on these data demonstrated that we would need ≈30 mice per group to have 80% power to detect this effect at П<0.05. Because mice are by nature a high HDL species, it is not surprising that anemia did not have a significant impact on total fecal RCT in WT mice over the 2-day time course. On further examination, we found that RBCs accounted for 53.4% and 59.9% of whole blood RCT in apoAI −/− mice (day 1 and day 2, respectively), while only accounting for 9.6% and 12.1% of whole blood RCT in WT mice (Figures 2B and 4B).

Here we show that the RBC cholesterol pool may play a previously unknown role in mediating RCT. We propose a model (Figure 5) in which interstitial apoAI, apoE, HDL, and low-density lipoprotein can accept or exchange foam cell cholesterol and deliver it to the blood stream. In our studies in apoAI −/− mice, we suggest that lipid-free apoE or other exchangeable apolipoproteins can pick up free cholesterol and phospholipids to form nascent HDL by interacting with ABCA1 on the foam cells. ApoE-containing HDL as well as low-density lipoprotein can also pick up or exchange with [ 3 H]cholesterol in the foam cells and carry it into the blood stream. In whole blood, the free cholesterol pool can passively equilibrate between lipoproteins and cell membranes, with RBCs providing the bulk of cell membranes. Although cholesteryl ester transfer protein is not expressed in mice, it may contribute to cholesterol ester exchange from HDL to low-density lipoprotein in humans and other species where it is expressed. When RBCs pass through the liver, they can deliver their cholesterol to sinusoidal endothelial cells which in turn can pass it to hepatocytes. Whether this step is entirely passive or may be facilitated by a transporter is unknown. Alternatively, cholesterol transfer from RBCs to hepatocytes may again be mediated via exchange to lipoproteins that can then migrate into the space of Disse and deliver cholesterol to hepatocytes. However, our finding of a smaller fraction of RCT-derived fecal neutral sterols in apoAI −/− versus WT mice supports the notion that the transfer of RBC cholesterol to hepatocytes may at least partially be independent of lipoproteins. Once in the hepatocyte, most of the RBC-derived free cholesterol is efficiently converted to bile acids, which along with the remaining free cholesterol is excreted into the bile and then into the intestine.

In a longitudinal study of 14 410 human subjects, anemia at baseline was associated with a significant hazard ratio of 1.41 for subsequent coronary vascular disease over a 6-year follow-up. 10 Although the mechanism for this association is unknown, our findings suggest that diminished RCT in anemic subjects may play a role in this association. Low HDL-C levels are common in men, and men with 35 mg/dL have HDL levels closer to those seen in apoAI −/− mice (12 mg/dL) than seen in WT mice (93 mg/dL). Thus, anemia and hematocrits should not be overlooked in ongoing clinical studies of RCT and HDL function.

Расми 1. А., Reverse cholesterol transport (RCT) to the plasma and fecal compartments 3 days after subcutaneous injection of [ 3 H]cholesterol-labeled foam cells into apolipoprotein AI-deficient (apoAI −/− ), wild-type (WT), and apolipoprotein A-I transgenic (apoAItg) hosts, shown as the percentage of the injected radioactivity (n=5±SD *П<0.001 vs each other by ANOVA Newman-Keuls posttest). Б., Cholesterol concentrations in plasma and RBC pools normalized to whole blood volume assuming 45% hematocrit (n=2–5±SD *П<0.001 from each other by ANOVA posttest). $ C, RCT to the plasma and red blood cell (RBC) compartments over 4 days after subcutaneous injection of [ 3 H]cholesterol-labeled foam cells into apoAI −/− hosts (n=3±SD).

Расми 2. А., Hematocrits of apolipoprotein AI-deficient (apoAI −/− ) mice throughout the reverse cholesterol transport (RCT) assay (n=4–5±SD *П<0.001 vs controls by 2-tailed т озмоиш). Б., RCT to various compartments in anemic and control mice (*П<0.05 vs control **П<0.01 vs control). RCT to the feces is cumulative over 2 days.

Расми 3. А., Yields of radioactivity in various compartments 2 days after intravenous transfusion of [ 3 H]cholesterol-labeled red blood cells (RBCs) into apolipoprotein AI-deficient (apoAI −/− ) hosts (n=4±SD). Б., Percentage of fecal [ 3 H] in neutral sterols from feces collected on day 2 after subcutaneous injection of [ 3 H]cholesterol-labeled foam cells into wild-type (WT) and apoAI −/− hosts (n=3 WT and 4 apoAI −/− , ±SD *П<0.05 vs WT).

Тасвири 4. А.,Hematocrits of wild-type mice throughout the reverse cholesterol transport (RCT) assay (n=7±SD *П<0.001 vs controls by 2-tailed т озмоиш). Б., RCT to various compartments in anemic and control mice along with fecal weight (right axis) and fecal RCT adjusted to fecal weight (***П<0.001 vs control).

Тасвири 5. Working model for the role of red blood cells (RBCs) in reverse cholesterol transport (RCT). Interstitial apolipoprotein E (apoE), apoAI, high-density lipoprotein (HDL), and low-density lipoprotein (LDL) can accept or exchange free cholesterol from foam cells and enter the blood stream. Lipoprotein-free cholesterol can then be transferred to RBC plasma membranes. RBCs transit to the liver where they can donate free cholesterol directly to sinusoidal endothelial cells that are in contact with hepatocyte projections, or can deliver cholesterol to hepatocytes indirectly through cholesterol transfer to lipoproteins that can enter the space of Disse. Illustration by David Schumick, BS, CMI. Reprinted with the permission of the Cleveland Clinic Center for Medical Art & Photography © 2012. All Rights Reserved. CETP indicates cholesteryl ester transfer protein VLDL, very low-density lipoprotein.


Diffusion and Passive Transport

Passive transport is the diffusion of substances across a membrane. This is a spontaneous process and cellular energy is not expended. Molecules will move from where the substance is more concentrated to where it is less concentrated.

Although the process is spontaneous, the rate of diffusion of different substances is affected by membrane permeability. Since cell membranes are selectively permeable (only some substances can pass), different molecules will have different rates of diffusion.

For instance, water diffuses freely across membranes, an obvious benefit for cells since water is crucial to many cellular processes. Some molecules, however, must be helped across the phospholipid bilayer of the cell membrane through a process called facilitated diffusion.


Интиқоли фаъол

Active transport is the movement of substances across the membrane in combination with a carrier protein against energy gradients: uphill. It requires an additional source of energy derived from the cell. There are two major mechanisms of active membrane transport: primary and secondary active transport.

Active transport occurs only through the lipid layer of the cell membrane where the transported substance combines with a specific carrier protein. It requires energy derived directly from the breakdown of adenosine triphosphate (ATP) or another high-energy phosphate compound (creatine phosphate). This leads to the conformational change in the carrier and it pumps the carried substance across the membrane. The most important example of a primary active transport is the sodium-potassium (Na + -K + ) pump.

Sodium-potassium (Na + -K + ) pump

It is a transport process that pumps sodium ions outward of the cell through the cell membrane and at the same time pumps potassium ions from the outside to the inside of the cell against their concentration gradient.

The concentration of K + inside the cell is 30 times higher than that outside, and the reverse is true of Na + . because Na + and K + leak slowly but continuously through leakage channels in the plasma membrane along their concentration gradient, the Na + -K + pump operates more or less continuously to drive Na + out of the cell and pump K + back into the cell, against their concentration gradient.

In Na + -K + pump, the carrier protein is a complex of two separate globular proteins: a larger one called the “a” subunit, and a smaller one, the “b” subunit. The larger protein has three specific features:

  1. It has 3 receptor sites for binding sodium ions on the surface facing the inside of the cell.
  2. It has 2 receptor sites for potassium ions on the outside surface.
  3. It has an ATPase activity.

When potassium ions bind on the outside of the carrier protein and the sodium ions bind on the inside, the ATPase function of the protein becomes activated. This then cleaves one molecule of ATP, splitting it and liberating a high-energy phosphate bond. This energy causes a conformational change in the carrier molecule and extruding the sodium ions to the outside and potassium ions to the inside.

Electrogenic nature of the Na + -K + pump

The fact that the Na + -K + pump moves three Na + ions to the exterior for every two K + ions to the interior creates positivity outside the cell and negativity on the inside (membrane potential). Na + -K + pump is said to be electrogenic because it creates an electrical potential across the cell membrane, which is a basic requirement for the functions of excitable tissues.

Importance of Na + -K + pump

  1. Na + -K + pump is responsible for maintaining the sodium & potassium concentration differences across the cell membrane.
  2. Maintenance of intracellular potassium is necessary for protein metabolism.
  3. It maintains a negative electrical voltage inside the cells.
  4. It keeps the osmotic equilibrium and controlling cell volume.

Нақлиёти дуввуми фаъол

In this type of transport, there is a carrier existing in the lipid layer of the membrane, which has one site for one sodium ion and the other site may be used by one molecule of glucose, galactose or amino acids. The two sites must be occupied at the same time before the carrier can act. As in primary active transport, the molecules move against their electrochemical gradient. The energy supplied for this process comes from the movement of sodium along its electrochemical gradient.

All secondary active transport systems are coupled systems, they move more than one substance at a time. If the two transported substances are moved in the same direction, the system is a symport system (Co-transport). If the transported substances cross the membrane in opposite directions, the system is an antiport system (Counter-transport).

Co-Transport

Glucose and amino acids are transported into most cells against large concentration gradients by the co-transport mechanism. The excess sodium outside the membrane always attempts to diffuse to the interior, uses the stored energy to pull other substances along with it through the membrane. This is achieved by means of a carrier protein that serves as an attachment point for both the sodium ion and the substance to be co-transported.

Counter-transport

There are two especially important counter-transport mechanisms (transport in a direction opposite to the primary ion), they are sodium-calcium counter-transport and sodium-hydrogen counter-transport.