本文關(guān)鍵詞： 超小雙親分子 囊泡 自組裝 質(zhì)子化　出處：《浙江工商大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：分子自組裝是眾多生物生命活動(dòng)和生物學(xué)功能得以實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ),自然界環(huán)境中的生物體就是復(fù)雜的自組裝體系,也是自然界中普遍存在的現(xiàn)象,多年來(lái)一直是科學(xué)研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域。分子自組裝。自2013年關(guān)于細(xì)胞囊泡運(yùn)輸調(diào)控機(jī)制的發(fā)現(xiàn)被授予諾貝爾獎(jiǎng),對(duì)于囊泡的研究越發(fā)引起科學(xué)家的興趣。眾所周知,細(xì)胞膜由脂質(zhì)雙層和膜蛋白組成,生物膜的結(jié)構(gòu)直接影響著細(xì)胞內(nèi)外物質(zhì)的輸運(yùn),通過(guò)囊泡與細(xì)胞膜融合可精確控制分子傳遞,囊泡精確控釋作用在醫(yī)療、食品、生命科學(xué)受到廣泛關(guān)注。近年來(lái),自組裝行為的研究主要集中在材料科學(xué)、藥物運(yùn)載體系、生物工程等科學(xué)領(lǐng)域的研究,如材料科學(xué)中的高分子組裝體;傳統(tǒng)脂質(zhì)體形成囊泡包埋藥物作為緩釋載體等等。生命科學(xué)和材料科學(xué)的發(fā)展推動(dòng)了分子間相互作用的研究,在生物體內(nèi),許多分子是以高度有序的方式組合的,才能具有一定的功能。例如,細(xì)胞膜中磷脂與膽固醇形成高度有序排列體是生物新陳代謝過(guò)程中必不可少的部分。細(xì)胞膜既通過(guò)選擇性滲透來(lái)調(diào)節(jié)和控制細(xì)胞內(nèi)、外的物質(zhì)交換外,還能由膜包圍形成膜泡實(shí)現(xiàn)物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn),如小腸上皮細(xì)胞對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收。細(xì)胞分泌到胞外環(huán)境中囊泡直徑約為100-1OOOnm,富含磷酸甘油酯、飽和脂肪酸酰基鏈、膽固醇等,攜帶了特定的蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、RNA和DNA,在細(xì)胞間傳遞分子信號(hào)。囊泡與通道蛋白、膜磷脂相互作用改變膜磷脂的結(jié)構(gòu)與流動(dòng)性,可能會(huì)造成細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)完整性、屏障功能、細(xì)胞的分化成熟程度。蛋白質(zhì)以其帶電的氨基酸或基團(tuán)與磷脂極性頭相互作用,同時(shí),細(xì)胞膜脂肪酸的組成對(duì)膜的流動(dòng)性起決定作用,胞內(nèi)正電荷與負(fù)電荷形成誘導(dǎo)電場(chǎng),外源性電場(chǎng)可以影響膜上的離子泵狀態(tài)、膜力學(xué)特性以及結(jié)合水分子等進(jìn)而影響細(xì)胞形態(tài)與細(xì)胞膜電位的變化。最近,Science及生物領(lǐng)域雜志接連刊登有關(guān)囊泡的文章,表明了囊泡結(jié)構(gòu)在生理活動(dòng)中的重要作用正得到加強(qiáng)。目前,關(guān)于國(guó)際上囊泡的研究熱點(diǎn)主要集中在兩個(gè)方面:一是研究此類單鏈表面活性劑聚集結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)及受pH誘導(dǎo)轉(zhuǎn)變的結(jié)構(gòu)和理論;利用非共價(jià)相互作用,通過(guò)多層次的自組裝過(guò)程產(chǎn)生大量的生物材料。二是以囊泡作為原細(xì)胞模型,研究其從單體向球體結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變過(guò)程。囊泡最初的研究對(duì)象主要是飽和或不飽和長(zhǎng)鏈脂肪酸,如油酸、亞油酸。通過(guò)實(shí)驗(yàn)我們發(fā)現(xiàn)生物代謝有機(jī)小分子也能自組裝形成囊泡,如脂肪酸、天然氨基酸等單鏈小分子也可以通過(guò)改變末端羧基的質(zhì)子化/離子化形成聚集體。另外,具有特定結(jié)構(gòu)的超小雙親分子,如直鏈非天然氨基酸也能通過(guò)分子間非共價(jià)鍵的作用下,自發(fā)形成有序、穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的聚集體。特別在生物體內(nèi),由代謝或膳食攝取的脂肪酸、氨基酸等超小雙親分子廣泛存在,它們?cè)谝欢l件下也能自組裝形成單分子層囊泡結(jié)構(gòu)。同時(shí),脂肪酸、氨基酸等超小雙親分子單分子形成的囊泡結(jié)構(gòu)與細(xì)胞分泌到胞外環(huán)境中的脂質(zhì)微囊泡和凋亡小體具有相仿的中空球形結(jié)構(gòu),直徑都在200nm范圍,所以通過(guò)對(duì)脂肪酸、氨基酸等超小雙親分子自組裝形成條件與機(jī)制研究,將有利于我們深入了解生物體內(nèi)自組裝與生命活動(dòng)相關(guān)的現(xiàn)象。但是,對(duì)于小分子自組裝,特別是超小雙親分子自組裝行為的研究則末見(jiàn)報(bào)道。過(guò)去,一般認(rèn)為鏈長(zhǎng)Cn8的單鏈小分子不易自組裝形成穩(wěn)定囊泡結(jié)構(gòu)。我們通過(guò)不同鏈長(zhǎng)單鏈雙親分子在水溶液中形成聚集形態(tài)的研究,發(fā)現(xiàn)脂肪酸鏈長(zhǎng)在5Cn8的超小雙親分子也能在一定條件下自組裝形成穩(wěn)定的囊泡結(jié)構(gòu)。在實(shí)驗(yàn)確認(rèn)了最短形成囊泡的脂肪酸鏈長(zhǎng)的基礎(chǔ)上,集中研究了直鏈最短飽和脂肪酸、直鏈非天然氨基酸、天然氨基酸等超小雙親分子在水相中進(jìn)行自聚合形成囊泡的結(jié)構(gòu),對(duì)其組裝體的穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)、形成機(jī)理等問(wèn)題進(jìn)行深入的探討。實(shí)驗(yàn)利用紅外光譜(FT-IR)、紫外可見(jiàn)光譜(UV-vis)、激光粒度儀、激光共聚焦顯微鏡(CLSM)、透射電子顯微鏡(TEM)和低溫透射電子顯微鏡(Cryo-TEM)對(duì)自組裝性質(zhì)與形貌特征進(jìn)行跟蹤表征;采用Zetapals電位分析儀測(cè)試組裝體的粒徑及分散系數(shù)。同時(shí),設(shè)計(jì)溶液pH變化、鏈長(zhǎng)關(guān)系、溶劑-界面等多種自組裝調(diào)控方法,考察濃度、鏈長(zhǎng)效應(yīng)、pH等對(duì)生物體代謝中間產(chǎn)物超小雙親分子在溶液中自組裝行為的調(diào)控機(jī)制。根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求開(kāi)發(fā)了一套基于熒光探針囊泡與細(xì)胞相互作用的研究方法,采用膜電位敏感熒光探針Di-8-ANEPPS標(biāo)記細(xì)胞膜表面,熒光強(qiáng)度的強(qiáng)弱反映了細(xì)胞膜電位的變化,當(dāng)細(xì)胞被極化時(shí)膜電位增加,膜表面Di-8-ANEPPS熒光強(qiáng)度增強(qiáng);反之,Di-8-ANEPPS熒光強(qiáng)度降低,膜電位降低。通過(guò)熒光顯微鏡觀察Di-8-ANEPPS標(biāo)記的細(xì)胞膜熒光強(qiáng)度的變化,可以有效、連續(xù)測(cè)定細(xì)胞的膜電位變化。這種方法最大的特點(diǎn)在于:對(duì)被測(cè)細(xì)胞沒(méi)有損傷,實(shí)現(xiàn)無(wú)損、精確測(cè)量,快捷、動(dòng)態(tài)地反應(yīng)出細(xì)胞膜隨環(huán)境變化引起的膜電位極化變化趨勢(shì),可以有效反映出微囊泡與細(xì)胞相互作用引起細(xì)胞結(jié)構(gòu)與生理變化。課題通過(guò)研究超小雙親分子的有序自組裝,分析超小雙親分子有序組裝體的形成及自組裝調(diào)控進(jìn)程,確定合理的自組裝條件,從生物物理化學(xué)角度探討超小雙親分子自組裝機(jī)制,有助于構(gòu)建多種尺度和形貌的超小雙親分子有序自組裝體。對(duì)于超小雙親分子囊泡聚集現(xiàn)象及其內(nèi)在機(jī)制的探索將有助于加深人們對(duì)相關(guān)生命過(guò)程的理解和認(rèn)識(shí)。從簡(jiǎn)單的模型膜入手,試圖揭示與生物膜功能相對(duì)應(yīng)的物理和化學(xué)規(guī)律,這將有利于我們對(duì)超小雙親分子的有序自組裝鏈長(zhǎng)效應(yīng)與環(huán)境調(diào)控機(jī)制的深入理解,尤其是對(duì)這類超小雙親分子組裝體的形成規(guī)律及條件機(jī)制的科學(xué)研究,有利于其在食品營(yíng)養(yǎng)吸收、藥物載體系、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用提供科學(xué)理論依據(jù)和研究?jī)r(jià)值。
[Abstract]:Molecular self - assembly is the foundation for the realization of many biological activities and biological functions . The organism in the natural environment is a complex self - assembly system and is a ubiquitous phenomenon in nature . In the past , it has been found that single chain small molecules such as fatty acids , amino acids and the like can be self - assembled to form stable vesicles . In the past , it has been found that small molecules such as fatty acids , amino acids and the like can be self - assembled to form stable vesicles . In the past , it is found that the chain length of the small molecules such as fatty acids , amino acids and the like can be self - assembled to form stable vesicles . The changes of fluorescence intensity of cell membranes marked by Di - 8 - ANEPPS have been observed by fluorescence microscope .

【學(xué)位授予單位】：浙江工商大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：O641.3

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本文編號(hào)：1536253