電解質(zhì)溶液中心磷脂的自組裝形態(tài)及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性.pdf

1、生物膜是細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)和功能單元,除了充當(dāng)物理屏障的作用外,還參與了細(xì)胞的多種生理活動(dòng),包括細(xì)胞與外界物質(zhì)交換、能量傳導(dǎo)、細(xì)胞問相互作用等等。在這些過程中,生物膜的基本成分——脂質(zhì)雙分子層的性質(zhì)和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是很多生理功能發(fā)揮作用的關(guān)鍵,如線粒體內(nèi)膜的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在不同的功能狀態(tài)下會(huì)呈現(xiàn)不同的形貌。因此,對(duì)膜結(jié)構(gòu)的形態(tài)、穩(wěn)定性及演化機(jī)制的深入認(rèn)識(shí)將有助于揭示很多生命過程的實(shí)質(zhì),特別是模型膜研究的引入更是極大地促進(jìn)了人們對(duì)膜結(jié)構(gòu)性質(zhì)的認(rèn)識(shí)。心磷脂

2、是脂類中獨(dú)一無二的帶有負(fù)二價(jià)頭部基團(tuán)及多達(dá)四條尾鏈的磷脂分子,是線粒體內(nèi)膜的主要成分,作為與功能相關(guān)的膜結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的主要參與者,近幾十年來深受研究者的關(guān)注。但是有關(guān)心磷脂組裝形態(tài)的直觀研究,尤其是形態(tài)與影響因素之間的直觀的關(guān)系還不是很清楚,而這對(duì)于解釋心磷脂在細(xì)胞中作用卻有十分重要的意義。本論文的目的就是要研究在生理鹽濃度附近的電解質(zhì)溶液中,心磷脂分子的自組裝形態(tài)的多樣性及形成機(jī)理,以及電解質(zhì)溶液濃度對(duì)組裝形態(tài)的調(diào)制作用及形態(tài)轉(zhuǎn)變的動(dòng)力學(xué)

3、機(jī)制。主要的研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下:
　　 1)通過直接水合法,研究心磷脂干膜在接近生理鹽濃度的水合溶液中自組裝結(jié)構(gòu)的多樣性。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),心磷脂可以形成四種重要的微觀結(jié)構(gòu):同中心多層管狀囊泡(myelin)、花環(huán)樣結(jié)構(gòu)(toms)、藍(lán)莓樣結(jié)構(gòu)(raspberry)和蜂窩樣結(jié)構(gòu)(honeycomb)。其中,myelin結(jié)構(gòu)是脂水界面上形成的最常見的微結(jié)構(gòu)。后三種結(jié)構(gòu)在其它磷脂體系中比較罕見,是心磷脂干膜逐漸溶脹的過程中,脂質(zhì)中因含水量不

4、同而形成的中間態(tài)結(jié)構(gòu)。隨著初始水合液濃度不同、水合液中濃度分布的不均勻及水流的剪切擾動(dòng)等因素的影響,體系中分子呈現(xiàn)出不同的組裝形態(tài)。通過對(duì)這些中問態(tài)形成機(jī)制的分析,使膜的溶脹和自組裝過程得到了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。
　　 2)通過動(dòng)力學(xué)研究發(fā)現(xiàn),在0.005M～0.37M的水合電解質(zhì)溶液中,心磷脂干膜水合后形成了兩類myelin,這兩類myelin的形成機(jī)制、生長(zhǎng)標(biāo)度關(guān)系及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性互不相同。第一類myelin是在水流的剪切驅(qū)動(dòng)下生長(zhǎng)的

5、,即外力誘導(dǎo)生長(zhǎng)。隨著水流驅(qū)動(dòng)力的消失,myelin也將迅速回縮到基膜中。第二類myelin的形成是由于心磷脂層狀膜在溶脹過程中,由于膜問壓過大造成了平面膜向管狀膜的轉(zhuǎn)變,是熱力學(xué)驅(qū)動(dòng)的生長(zhǎng)。這類myelin通常能夠在最大長(zhǎng)度上穩(wěn)定一段時(shí)間,然后因鹽濃度升高或是水的滲入等因素打破了膜間壓的平衡,而發(fā)生回縮。不同濃度的水合鹽溶液中,這類myelin在最大長(zhǎng)度上的穩(wěn)定時(shí)間和回縮速率各不相同,這主要與不同離子濃度下離子對(duì)膜表面的靜電屏蔽效應(yīng)的

6、靈敏度不同相關(guān)。初始濃度低于生理鹽濃度的水合溶液中,屏蔽效應(yīng)對(duì)濃度變化非常靈敏,因此,myelin的穩(wěn)定時(shí)間較短而且回縮速率較快。
　　 3)對(duì)于能夠穩(wěn)定存在的myelin結(jié)構(gòu),采用自然蒸發(fā)與微操注射兩種方法,人為調(diào)節(jié)其周圍的鹽濃度,實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),myelin內(nèi)部將出現(xiàn)波紋樣皺褶,我們稱之為myelin的起皺現(xiàn)象。這類起皺現(xiàn)象隨著環(huán)境鹽濃度的降低將發(fā)生可逆的平滑轉(zhuǎn)變。通過模型計(jì)算環(huán)境中平均鹽濃度隨時(shí)問的變化及實(shí)驗(yàn)測(cè)量膜表面電位隨鹽濃