電解質溶液中帶電磷脂的多層管狀囊泡的形成及動力學.pdf

1、帶電磷脂是生物細胞膜的重要組成成份。細胞膜的結構性質及許多重要的生物功能,都與膜中帶電磷脂的種類、含量直接相關。由于細胞膜所處的環(huán)境是電解質溶液,所以普遍存在的膜與膜之間或膜與各種分子之間的靜電相互作用對生物膜的結構和性能起了關鍵作用。因此在電解質溶液中研究帶電磷脂膜的形態(tài)和生長動力學有助于深入理解這類相互作用。關于帶電雙分子層膜的靜電性質以及電解質對其影響,理論學家們已建上了各種理論模型,實驗上較多關注的是電解質對含帶電磷脂多組分膜的

2、分相、形變的影響,以及帶電磷脂膜與某些生物大分子的作用。而對電解質溶液中帶電磷脂的多層管狀囊泡的形成及動力學的研究卻非常少。囚此,我們主要圍繞著這個問題展開研究,主要內容及結果如下:
　　1)研究了電解質種類、價態(tài)、濃度對帶電磷脂聚集形態(tài)的影響。結果表明,陽離子的價態(tài)、濃度對心磷脂的聚集形態(tài)有很大影響,而離子半徑和同一價態(tài)下不同離子種類的影響較小;陰離子種類、價態(tài)對帶電磷脂聚集形態(tài)的影響很小。在一定的一價陽離子電解質溶液中,心磷脂

3、的主要組裝形態(tài)是同中心多層管狀囊泡(myelin結構)。系統(tǒng)考察了其它實驗條件對myelin形成及結構的影響。結果表明,在固定電解質濃度下,中性pH值較酸性的容易形成myelin。Myelin的最小直徑基本不受干膜的厚度和電解質濃度的影響,而最大直徑隨干膜厚度的增加而增大,隨電解質濃度的減小而減小。
　　2)為了解釋為什么帶電磷脂在電解質溶液中能形成myelin結構,我們將Winen關于非帶電膜myelin的形成理論推廣到帶電膜體

4、系,即膜間相互作用除了范德瓦爾斯力、疏水排斥力外,還增加了靜電排斥力。計算了與實驗相對應的各個參數(shù)對myelin形成的影響,結果表明,當多層膜間的壓力超過臨界值(或膜間距小于臨界值時),myelin結構的能量低,體系主要以myelin形式存存。增加膜澡排斥力或減小膜間吸引力,如減小范德瓦爾斯力,增加疏水排斥力、靜電排斥力等均有助于myelin的形成,反之,不利于myelin的形成;增加myelin的曲率能不利于myelin的形成。隨著電

5、解質濃度的減小,膜與膜之間的排斥力越來越大,越有利于myelin的形成。當myelin的中心水腔(Ri)很小時,層數(shù)N對myelin的形成有很大的影響,層數(shù)越多越有利于myelin的形成;而當中心水腔(Ri)比較大時,N對myelin形成的影響很小。這些計算結果與實驗現(xiàn)象基本桕符。
　　3)研究了電解質溶液中帶電磷脂的myelin的生長動力學,以及電解質種類、濃度對其影響。結果表明,對于大多數(shù)myelin,其生長初期基本符合L∝t

6、,但持續(xù)時間較短(一般為2～8秒),而生長后期符合L∝t1/2(持續(xù)十幾至幾十秒);部分myelin除了以上這兩個階段外,還有第三階段,在第三階段中,L∝tp且p＜1/2:極少數(shù)myelin在生長的整個過程符合一個標度關系,即L∝tp(p≈1)。這種標度關系基本上不受電解質的種類和濃度影響,但隨著電解質濃度的增加,myelin的生長速率常數(shù)增大。
　　4)考察電解質種類、濃度對螺旋結構myelin形成的影響。結果表明,螺旋結構的形

7、成基本不受電解質種類的影響,但受電解質的濃度影響比較大,只有在一定的電解質濃度范圍內,才能形成螺旋結構。螺旋結構有規(guī)則的和不規(guī)則的,包括單螺旋、雙螺旋和超螺旋結構。螺旋結構的形成主要有兩種方式,其一是伴隨著myelin的生長,即一邊生長,一邊盤繞,對于從一開始就以麻花狀結構生長的雙螺旋,其長度與時間的標度關系與非螺旋結構的myelin的相似;其二是先形成myelin后再盤繞,這種方式形成螺旋結構的速率很快,一般在幾秒甚至更短時間內完成。