药物和生物膜的相互作用研究本科毕业论文(编辑修改稿)

药物和生物膜的相互作用研究本科毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

ion DMPC phospholipids film of electrochemical test，main use is cyclic voltammetry。 . Electrochemical experiments results indicate， DMPC in the naked glassy carbon electrode to the film。 Experimental method is， DMPC was dissolved in chloroform to give a fina lconcentration of 2mg/ml， a GCE was polished with, m alumina slurry， ,respectively, and then sonicated in deionized water and ethanol successively for 1min.。 Subsequently,the electrode wasi mmersed in a solution,and the potential was held at1500mV for 3min to polarize the the GCE was polarized,it was driedunderapuri a 5μ m aliquo to was dropped on the surface of the Electrode using a microsyringe and the electrode was trans Ferred into solution immediately， nitrogen blow dry after ， place the air half 郑州 大 学 化学系 本科 毕业论 文 an hour， double membrane formation。 Key words: polymyxin B sulfate phosphatide cyclic voltammetry (CV) mixed double membrane 郑州 大 学 化学系 本科 毕业论 文 1 第一章 绪论 前言 生物膜结构的研究源于 19世纪末，但是由于当时表征工具的局限，所以直到 20世纪中期才初步看到了“膜”。 生物 膜的出现是生命物质由简单到复杂的长期演变过程中的一次飞跃。 生物的基本单位是细胞，任何细胞都是由细胞膜将内含物与外界环境分开。 大多数细胞中还有许多内膜系统，组成具有各种功能的亚细胞结构和细胞器，细胞的细胞膜和内膜系统统称为生物膜。 生物膜结构是细胞结构的基本形式，生物膜参与生物学中许多重要的过程。 首先它是防止细胞外的有害物质自由进入细胞内部的屏障；其次物质与能量的交换均必须通过细胞膜；再者细胞膜又是药物与细胞发生相互作用的前沿靶分子，因此对细胞膜结构与功能的研究有助于了解和发现药物作用的靶点、物质的跨膜运送 、 信息识别与传递 等生物功能 以及药物的药理、毒理等作用并对最终实现新药开发等都具有极大价值。 生物膜是当前细胞生物学与分子生物学中十分活跃的研究领域之一。 自上世纪60 年代以来，关于生物膜的结构，生物膜与物质运送、能量转换、信息识别与传递，以及生物膜与疾病等方面的研究都已取得了很大的进展。 特别是自 70 年代以来，各种物理化学新技术与新方法的应用使生物膜的研究已深深地渗透到电化学、生物物理学、分子生物学、生物化学、生理学及病理学等各个学科领域，并极大的推动了这些学科的发展 [1]。 生物膜 生物膜 的化学组成 几乎所有的生物膜均有脂类、蛋白质及糖（糖脂、糖蛋白）和水组成，以及少量的核酸与无机离子 [2]。 生物膜的基质多为极性脂质，其分子结构由两部分组成：亲水性的极性头部，疏水性的脂肪酰链尾部。 这种特点使其在生物膜中起到了基础结构的作用。 多数膜蛋白都承担着生物膜的主要功能。 类脂和蛋白质是构成生物膜的主要成分，其重量约占膜总重的 80%，水占膜总重的 1520%[1]。 不同来源的生物膜中类脂和蛋白质的比例差别很大。 郑州 大 学 化学系 本科 毕业论 文 2 图 生物膜模式图 脂类 生物膜中的脂质主要是以极性脂质为主，它主要 包括：磷脂（ phospholipid）、胆固醇（ sterol）以及糖脂（ glycolipid）三大类 [3]。 1. 磷脂分子的基本结构 磷脂是生物膜脂质中的主要成分。 不同生物膜中的脂类组成，无论在数量与种类上均有很大的差异，但磷脂含量均为最高，约占总脂质的 4090%[4]。 磷脂 分子 为两性分子， 由 亲水的含氮或磷的 极性头部和 疏水的 非极性尾部组成，其中疏水部分包括两条近乎平行的脂肪酰长链。 在水相中具有两条疏水性尾巴的磷脂分子 可以 彼此形成稳定的双分子层。 磷脂分子中 脂肪酰 链的长短、不饱和程度及其头基结构的差别对生物膜的流 动性以及药物与生物膜的相互作用等均有重要的影响。 生物细胞中常见的磷脂主要有磷脂酰胆碱、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰丝氨酸、磷脂酰甘油等。 图 磷脂分子的一般结构 R R2 表示 脂肪酰 链。 生物膜中脂肪酸烃链的碳原子数一般为 14～ 24个，其中碳原子个数为奇数的小于 2%。 当碳链中有多个不饱和键时，每个不饱和键都有亚甲基隔开，所以不会发生共轭作用。 1) 磷脂酰胆碱（ phosphatidylcholine, PC），即卵磷脂（ lecithin），是动植物细胞必要的 组成成分，富含于神经组织，也是动物细胞膜中含量最丰富的一种磷脂，约占总脂质的 50%。 郑州 大 学 化学系 本科 毕业论 文 3 图 磷脂酰胆碱分子的一般结构 2) 磷脂酰乙醇胺（ phosphatidylethanolamine, PE），也即脑磷脂 (Kepha－lin)，是磷脂质的一种，在生物界的所有磷脂中，脑磷脂的含量仅次于卵磷脂。 磷脂酰乙醇胺也是细菌细胞膜中的主要磷脂，其中在大肠杆菌中，它约占总磷脂的 80%。 图 磷脂酰乙醇胺分子的一般结构 3) 磷脂酰丝氨酸（ phosphatidylserine, PS）， 又称 二酰甘油酰磷酸丝氨酸或 丝氨酸磷脂 ， 它是大脑细胞膜的重要组成成分之一，并对大脑的各种功能都具有重要的调节作用。 图 磷脂酰丝氨酸分子的一般结构 4) 磷脂酰甘油（ phosphatidylgcerol, PG），它主要用于合成心磷脂生物，在细菌细胞膜中含量比较丰富。 图 磷脂酰甘油分子的一般结构 上述各种磷脂中都仅含有一个磷酸，因此磷脂极性头部的结构也决定了该磷脂的电荷特性。 如在生理 pH 值时， PC 与 PE 两类磷脂呈电中性，而 PS 与 PG两类磷脂则呈电负性。 2．胆固醇 郑州 大 学 化学系 本科 毕业论 文 4 胆固醇是生物膜脂质中另一类非常重要的类脂，其分子结构中主要包括甾体部分和一条长的侧链。 胆固醇的两性特点使其对生物膜中脂类的物理状态起着重要的调节作用 [57]。 在类脂双层膜中，具有刚性五元环结构的胆固醇能与磷脂的脂肪酰链区域发生相互作用，当温度高于磷 脂的相变温度时，胆固醇可以阻碍磷脂分子中脂肪酰链的旋转异构化运动，从而降低膜的流动性；当温度低于磷脂的相变温度时，胆固醇的插入又会干扰脂肪酰链的有序排列，以阻止磷脂向凝胶态的转化，因此可在低温时维持脂质的流动性 [8,9]。 O HC H 3 HC H 3C H 3HH 3 CC H 3H H 图 胆固醇分子结构 3．糖脂 糖脂即糖和脂质结合所形成的物质的总称。 它主要包括糖鞘脂和糖基酰甘油两大类。 糖脂存在于所有的动物细胞膜中。 在所有细胞中，糖脂均位于膜的非胞质面单层，并将糖基暴露在细胞表面，其作用可能是 作为某些大分子的受体，与细胞识别及信息传导有关 [10]。 蛋白质 生物膜的各种功能都和膜中蛋白质紧密相关。 有些膜蛋白直接参与物质的转运、信息的传递以及细胞间的相互识别等。 根据 蛋白 质与膜相互作用的方式及其 在膜中的位置，膜蛋白 大致 可分为：内在膜蛋白（ integral membrane protein）、外周膜蛋白（ peripheral membrane protein） 、 通道蛋白（ channel protein） 及 （膜）孔蛋白（ pore protein）。 糖类 膜中的糖类主要以 复合糖的形式存在 ，它通常与膜蛋白或膜脂结合而分别形成 膜糖蛋白 或膜糖脂。 生物膜的分子结构模型 生物膜在形态上均呈双分子层的片层结构。 根据生物膜的流动性与不对称性， Singer[11]等人于 1972 年提出了“ 流动镶嵌模型 （ fluid mosaic model） ” ，该模型也是目前获得多数科学家认可的生物膜结构。 该模型认为生物膜是 镶嵌有蛋白质的流体脂双层，脂双层在结构 和功能上 均具有 不对称性 ，它形成了生物膜的基本骨架，功能蛋白依靠范德华力和静电力或 “ 镶 “ 在脂双层表面 （ 外周膜蛋白 ）或全部嵌入其内部 （ 内在膜蛋白 ）或 横跨整个膜 （ 通道蛋白 ）。 另外脂 与 膜蛋白均 可以进行横向扩散。 郑州 大 学 化学系 本科 毕业论 文 5 图 生物膜流体镶嵌模型 模拟生物膜模型 生物膜结构复杂，功能强大。 为了便于对 生物膜 的各种物理化学特性进行深入研究 ， 往往采用 一种 或几种脂质组成的各种 模拟生物 膜结构。 目前实验室所使用的模拟生物膜体系主要有脂质体（ Liposomes）、自组装单分子层膜（ Selfassembled monolayers, SAMs）、双层类脂膜（ Bilayer lipid membrane, BLM）、固体支撑双分子层类脂膜（ Solid supported bilayer lipid membrane, sBLM）及固体支撑混合双层膜（ Solid supported hybrid bilayer membrane, sHBM）。 由于本文的研究主要集中于固体支撑双分子层类脂膜（ sBLM）与固体支撑混合双分子层膜（ Solid supported hybrid bilayer membrane, sHBM），因此下面将简要介绍一下 sBLM 和 sHBM 两种生物膜模拟模型 . 固体支撑双分子层类脂膜（ sBLM） 50 年代后，类脂双层膜被人们公认为是生物膜的基本结构。 60 年代初，Muller,，并以此为神经膜的模拟系统。 由于 BLM 与细胞膜极为接近，所以，此后在 BLM上进行的各种研究一直经久不衰。 由于在两个分割的水相间所形成的脂双层膜稳定性很不理想，为了提高其稳定性，人们同时又进行了许多新的尝试。 1989 年 Tien 等发现可在金属（ Au、Pt、 Ag等）的新生表面上自组装形成类脂双层膜（ sBLM）。 金属支撑的自组装类脂双层膜较传统的 BLM 有很大的改善：①各相异性高度有序，但仍具液相特征；②两界面不对称；③具有良好的稳定性，可耐受搅拌或冲洗，且膜的击穿电压是传统 BLM 的几个数量级以上。 固体支撑混合双分子层膜（ sHBM） 80 年代初， McConnell 等根据 Sagiv 在自组装单层膜中的工作，首先制备了烷基化疏水基底支撑的双层膜。 由于 S 与 Au之间有着强烈的化学键吸附，因此在金基底上自组装烷基硫醇单层膜不仅容易使金基底表面烷基化，而且这种硫醇自组装单层膜还有着极高的稳定性。 Stelzle 等于 1993 年首先利用自组装的方法在金表面制备了硫醇单层膜，并将磷脂单层铺展于硫醇单层膜上，即形郑州 大 学 化学系 本科 毕业论 文 6 成了金支撑的硫醇 磷脂混合双分子层膜。 据文献报道，目前已有通过 LB法、刷涂 冷冻法、刷涂自组装法及泡囊融合法等在自组装单层膜上构造双层膜。 自组装模拟生物膜的表征 自组装模拟生物膜主要是利用膜分子的活性基团与基底间的物理或化学作用而形成。 由于此种模拟生物膜在制备时会受到许多因素的影响，所以需对其进行认真的表征。 目前常用的表征方法主要有：电化学法、光谱法、石英晶体微天平法及显微镜法等。 以下就以电化学循环伏安法（ CV）、交流阻抗谱技术（ EIS）、荧光脂质体技术以及 LB 技术做一简要的介绍。 循环伏安法（ CV） 对于固体支撑的双层膜的表征，电化学方法是重要的表征手段。 其中循环伏安法是最传统，也是最行之有效的方法之一。 它是一种设备简单且操作方便的实验技术。 该方 法是以控制电极电势按恒定速率从起始电位φ a变化到另一电位φ b，并随时间以三角波形式进行一次或多次反复扫描，电势的不断变化使电极表面可以交替发生氧化与还原反应，同时连接工作站的计算机将记录 电流随电位的响应曲线，然后根据峰电位、电流、峰间距以及与扫描速度的关系等来定性、定量研究电极反规律。 根据曲线形状可以判断电极反应的可逆程度、相界吸附、中间体或新相形成的可能性，以及偶联化学反应的性质等等。 如果对CV数据进行分析，则可得到峰值电流（ Ip）、峰值电位（φ p） 、反应动力学参数及反应历程等诸多化学信。