電解質(zhì)溶液中心磷脂的自組裝形態(tài)及結構穩(wěn)定性.pdf

1、生物膜是細胞的基本結構和功能單元,除了充當物理屏障的作用外,還參與了細胞的多種生理活動,包括細胞與外界物質(zhì)交換、能量傳導、細胞問相互作用等等。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)和拓撲結構是很多生理功能發(fā)揮作用的關鍵,如線粒體內(nèi)膜的拓撲結構在不同的功能狀態(tài)下會呈現(xiàn)不同的形貌。因此,對膜結構的形態(tài)、穩(wěn)定性及演化機制的深入認識將有助于揭示很多生命過程的實質(zhì),特別是模型膜研究的引入更是極大地促進了人們對膜結構性質(zhì)的認識。心磷脂

2、是脂類中獨一無二的帶有負二價頭部基團及多達四條尾鏈的磷脂分子,是線粒體內(nèi)膜的主要成分,作為與功能相關的膜結構轉變的主要參與者,近幾十年來深受研究者的關注。但是有關心磷脂組裝形態(tài)的直觀研究,尤其是形態(tài)與影響因素之間的直觀的關系還不是很清楚,而這對于解釋心磷脂在細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)的多樣性及形成機理,以及電解質(zhì)溶液濃度對組裝形態(tài)的調(diào)制作用及形態(tài)轉變的動力學

3、機制。主要的研究內(nèi)容和結果如下:
　　 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構的多樣性。實驗發(fā)現(xiàn),心磷脂可以形成四種重要的微觀結構:同中心多層管狀囊泡(myelin)、花環(huán)樣結構(toms)、藍莓樣結構(raspberry)和蜂窩樣結構(honeycomb)。其中,myelin結構是脂水界面上形成的最常見的微結構。后三種結構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)結構。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)。通過對這些中問態(tài)形成機制的分析,使膜的溶脹和自組裝過程得到了進一步的認識。
　　 2)通過動力學研究發(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的形成機制、生長標度關系及結構穩(wěn)定性互不相同。第一類myelin是在水流的剪切驅動下生長的

5、,即外力誘導生長。隨著水流驅動力的消失,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變,是熱力學驅動的生長。這類myelin通常能夠在最大長度上穩(wěn)定一段時間,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在最大長度上的穩(wěn)定時間和回縮速率各不相同,這主要與不同離子濃度下離子對膜表面的靜電屏蔽效應的

6、靈敏度不同相關。初始濃度低于生理鹽濃度的水合溶液中,屏蔽效應對濃度變化非常靈敏,因此,myelin的穩(wěn)定時間較短而且回縮速率較快。
　　 3)對于能夠穩(wěn)定存在的myelin結構,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,實驗發(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)生可逆的平滑轉變。通過模型計算環(huán)境中平均鹽濃度隨時問的變化及實驗測量膜表面電位隨鹽濃