Эффект Вромана

Эффект Вромана , названный в честь Лео Вромана , описывает процесс конкурентной адсорбции белков на поверхность белками сыворотки крови . Белки с наибольшей подвижностью обычно прибывают первыми, а затем заменяются менее мобильными белками, имеющими более высокое сродство к поверхности. Порядок адсорбции белка также зависит от молекулярной массы адсорбирующихся частиц. ^{[ 1 ]} Обычно белки с низкой молекулярной массой вытесняются белками с высокой молекулярной массой, в то время как обратного процесса - вытеснения белков с высокой молекулярной массой низкомолекулярным - не происходит. Типичный пример этого происходит, когда фибриноген вытесняет ранее адсорбированные белки на поверхности биополимера и позже заменяется высокомолекулярным кининогеном. ^{[ 2 ]} Процесс задерживается в узких пространствах и на гидрофобных поверхностях, фибриноген обычно не смещается. В застойных условиях первоначальное отложение белков происходит в последовательности: альбумин ; глобулин ; фибриноген ; фибронектин ; фактор XII и HMWK . ^{[ 3 ]}

Молекулярные механизмы действия

Хотя точный механизм действия до сих пор неизвестен, многие важные физические свойства белков играют роль в эффекте Вромана. Белки обладают множеством свойств, которые важно учитывать при обсуждении адсорбции белков. Эти свойства включают размер белка, заряд, подвижность, стабильность, а также структуру и состав различных белковых доменов белка , составляющих третичную структуру . Размер белка определяет молекулярную массу. Заряд белка определяет, будут ли существовать предпочтительные или селективные благоприятные взаимодействия между белком и биоматериалом. Подвижность белка играет важную роль в кинетике адсорбции.

Модель адсорбции-десорбции

Простейшим молекулярным объяснением обмена белков на поверхности является модель адсорбции / десорбции . Здесь белки взаимодействуют с поверхностью биоматериала и «прилипают» к материалу за счет взаимодействий с белком и поверхностью биоматериала. После адсорбции белка на поверхности биоматериала он может изменить конформацию (структуру) и даже стать нефункциональным. Пространства между белками в биоматериале затем становятся доступными для адсорбции новых белков. Десорбция происходит, когда белок покидает поверхность биоматериала. Этой простой модели не хватает сложности, поскольку поведение Вромана наблюдалось как на гидрофобных поверхностях, так и на гидрофильных. ^{[ 4 ]}^{[ 5 ]} Более того, адсорбция и десорбция не полностью объясняют конкурентный обмен белков на гидрофильных поверхностях. ^{[ 6 ]}

Переходная комплексная модель

Модель «переходного комплекса» была впервые предложена Huetz et al. чтобы объяснить этот конкурентный обмен. ^{[ 6 ]} Этот временный комплексный обмен происходит в три отдельных этапа. Первоначально белок внедряется в монослой уже адсорбированного гомогенного монослоя белка. Агрегация этой новой гетерогенной белковой смеси вызывает «поворот» двухбелкового комплекса, который подвергает первоначально адсорбированный белок воздействию раствора. На третьем этапе первоначально адсорбированный белок теперь может диффундировать в раствор, и его место занимает новый белок. Этот трехчастный «переходный комплексный механизм» дополнительно объяснен и проверен с помощью АСМ-изображений Hirsh et al. ^{[ 7 ]}

Циклическое изменение pH

Юнг и др. также описывают молекулярный механизм смещения фибриногена, включающий циклическое изменение pH . ^{[ 8 ]} Здесь домены αC фибриногена меняют заряд после циклического изменения pH, что приводит к конформационным изменениям белка, что приводит к более сильным взаимодействиям с белком и биоматериалом. ^{[ 8 ]}

Математические модели

Простейшей математической моделью, объясняющей эффект Вромана, является модель Ленгмюра, использующая изотерму Ленгмюра. ^{[ 9 ]}^{[ 10 ]} Более сложные модели включают изотерму Фрейндлиха и другие модификации модели Ленгмюра. Эта модель объясняет кинетику обратимой адсорбции и десорбции, предполагая, что адсорбат ведет себя как идеальный газ в изотермических условиях.

См. также

Адсорбция белка

Модель адсорбции Ленгмюра

Ссылки

^ Нет, Херан; Фоглер, Эрвин А. (январь 2007 г.). «Объемная интерпретация адсорбции белка: конкуренция со стороны смесей и эффект Вромана» . Биоматериалы . 28 (3): 405–422. doi : 10.1016/j.bimaterials.2006.09.006 . ISSN 0142-9612 . ПМК 2705830 . ПМИД 17007920 .
^ Хорбетт, Томас А. (октябрь 2018 г.). «Адсорбция фибриногена на биоматериалах» . Журнал исследований биомедицинских материалов. Часть А. 106 (10): 2777–2788. дои : 10.1002/jbm.a.36460 . ISSN 1549-3296 . ПМК 6202247 . ПМИД 29896846 .
^ Вроман Л.; Адамс, Алабама; Фишер, ГК; Муньос, ПК (1980). «Взаимодействие высокомолекулярного кининогена, фактора XII и фибриногена в плазме на границах раздела» . Кровь . 55 (1): 156–9. дои : 10.1182/blood.V55.1.156.156 . ПМИД 7350935 .
^ Болл, Винсент; Фогель, Жан-Клод; Шааф, Пьер (15 января 2003 г.), Механизм явлений межфазного обмена для белков, адсорбированных на границах раздела твердое тело и жидкость , Surfactant Science, vol. 20033926, CRC Press, doi : 10.1201/9780824747343.ch11 , ISBN 978-0-8247-0863-4 , получено 18 ноября 2021 г.
^ Слэк, Стивен М; Хорбетт, Томас А. (ноябрь 1989 г.). «Изменения в силе прикрепления фибриногена к твердым поверхностям: объяснение влияния химии поверхности на эффект Вромана» . Журнал коллоидной и интерфейсной науки . 133 (1): 148–165. Бибкод : 1989JCIS..133..148S . дои : 10.1016/0021-9797(89)90288-9 . ISSN 0021-9797 .
^ Jump up to: ^а ^б Хюц, доктор философии; Болл, В.; Фёгель, Ж.-К.; Шааф, П. (август 1995 г.). «Кинетика обмена гетерогенной белковой системы на твердой поверхности» . Ленгмюр . 11 (8): 3145–3152. дои : 10.1021/la00008a046 . ISSN 0743-7463 .
^ Хирш, Стейси Л.; Маккензи, Дэвид Р.; Носуорси, Нил Дж.; Денман, Джон А.; Сезерман, Осман У.; Билек, Марсела ММ (01 марта 2013 г.). «Эффект Вромана: конкурентный обмен белками с динамическими многослойными белковыми агрегатами» . Коллоиды и поверхности B: Биоинтерфейсы . 103 : 395–404. дои : 10.1016/j.colsurfb.2012.10.039 . ISSN 0927-7765 . ПМИД 23261559 .
^ Jump up to: ^а ^б Юнг, Сын Ён; Лим, Сун-Ми; Альберторио, Фернандо; Ким, Гибум; Гурау, Марк С.; Ян, Ричард Д.; Холден, Мэтью А.; Кремер, Пол С. (25 сентября 2003 г.). «Эффект Вромана: описание смещения фибриногена на молекулярном уровне» . Журнал Американского химического общества . 125 (42): 12782–12786. дои : 10.1021/ja037263o . hdl : 1969.1/1577 . ISSN 0002-7863 . ПМИД 14558825 .
^ Слэк, Стивен М.; Хорбетт, Томас А. (5 мая 1995 г.), Эффект Вромана , Серия симпозиумов ACS, том. 602, Вашингтон, округ Колумбия: Американское химическое общество, стр. 112–128, doi : 10.1021/bk-1995-0602.ch008 , ISBN. 9780841233041 , получено 18 ноября 2021 г.
^ ЛеДюк, Чарльз А.; Вроман, Лео; Леонард, Эдвард Ф. (октябрь 1995 г.). «Математическая модель эффекта Вромана» . Исследования в области промышленной и инженерной химии . 34 (10): 3488–3495. дои : 10.1021/ie00037a037 . ISSN 0888-5885 .

[1] Нет, Херан; Фоглер, Эрвин А. (январь 2007 г.). «Объемная интерпретация адсорбции белка: конкуренция со стороны смесей и эффект Вромана» . Биоматериалы . 28 (3): 405–422. doi : 10.1016/j.bimaterials.2006.09.006 . ISSN 0142-9612 . ПМК 2705830 . ПМИД 17007920 .

[2] Хорбетт, Томас А. (октябрь 2018 г.). «Адсорбция фибриногена на биоматериалах» . Журнал исследований биомедицинских материалов. Часть А. 106 (10): 2777–2788. дои : 10.1002/jbm.a.36460 . ISSN 1549-3296 . ПМК 6202247 . ПМИД 29896846 .

[3] Вроман Л.; Адамс, Алабама; Фишер, ГК; Муньос, ПК (1980). «Взаимодействие высокомолекулярного кининогена, фактора XII и фибриногена в плазме на границах раздела» . Кровь . 55 (1): 156–9. дои : 10.1182/blood.V55.1.156.156 . ПМИД 7350935 .

[4] Болл, Винсент; Фогель, Жан-Клод; Шааф, Пьер (15 января 2003 г.), Механизм явлений межфазного обмена для белков, адсорбированных на границах раздела твердое тело и жидкость , Surfactant Science, vol. 20033926, CRC Press, doi : 10.1201/9780824747343.ch11 , ISBN 978-0-8247-0863-4 , получено 18 ноября 2021 г.

[5] Слэк, Стивен М; Хорбетт, Томас А. (ноябрь 1989 г.). «Изменения в силе прикрепления фибриногена к твердым поверхностям: объяснение влияния химии поверхности на эффект Вромана» . Журнал коллоидной и интерфейсной науки . 133 (1): 148–165. Бибкод : 1989JCIS..133..148S . дои : 10.1016/0021-9797(89)90288-9 . ISSN 0021-9797 .

[:0-6] Jump up to: ^а ^б Хюц, доктор философии; Болл, В.; Фёгель, Ж.-К.; Шааф, П. (август 1995 г.). «Кинетика обмена гетерогенной белковой системы на твердой поверхности» . Ленгмюр . 11 (8): 3145–3152. дои : 10.1021/la00008a046 . ISSN 0743-7463 .

[7] Хирш, Стейси Л.; Маккензи, Дэвид Р.; Носуорси, Нил Дж.; Денман, Джон А.; Сезерман, Осман У.; Билек, Марсела ММ (01 марта 2013 г.). «Эффект Вромана: конкурентный обмен белками с динамическими многослойными белковыми агрегатами» . Коллоиды и поверхности B: Биоинтерфейсы . 103 : 395–404. дои : 10.1016/j.colsurfb.2012.10.039 . ISSN 0927-7765 . ПМИД 23261559 .

[:1-8] Jump up to: ^а ^б Юнг, Сын Ён; Лим, Сун-Ми; Альберторио, Фернандо; Ким, Гибум; Гурау, Марк С.; Ян, Ричард Д.; Холден, Мэтью А.; Кремер, Пол С. (25 сентября 2003 г.). «Эффект Вромана: описание смещения фибриногена на молекулярном уровне» . Журнал Американского химического общества . 125 (42): 12782–12786. дои : 10.1021/ja037263o . hdl : 1969.1/1577 . ISSN 0002-7863 . ПМИД 14558825 .

[9] Слэк, Стивен М.; Хорбетт, Томас А. (5 мая 1995 г.), Эффект Вромана , Серия симпозиумов ACS, том. 602, Вашингтон, округ Колумбия: Американское химическое общество, стр. 112–128, doi : 10.1021/bk-1995-0602.ch008 , ISBN. 9780841233041 , получено 18 ноября 2021 г.

[10] ЛеДюк, Чарльз А.; Вроман, Лео; Леонард, Эдвард Ф. (октябрь 1995 г.). «Математическая модель эффекта Вромана» . Исследования в области промышленной и инженерной химии . 34 (10): 3488–3495. дои : 10.1021/ie00037a037 . ISSN 0888-5885 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]