Behavior of lysozyme adsorbed onto biological liquid crystal lipid monolayer at the air/water interface

The interaction between proteins and lipids is one of the basic problems of modern biochemistry and biophysics.The purpose of this study is to compare the penetration degree of lysozyme into 1,2-diapalmitoyl-sn-glycero-3-phosphocholine(DPPC) and 1,2-dipalmitoyl-sn-glycero-3-phosphoethano-lamine(DPPE) by analyzing the data of surface pressure–area(π–A) isotherms and surface pressure–time(π–T) curves.Lysozyme can penetrate into both DPPC and DPPE monolayers because of the increase of surface pressure at an initial pressure of 15 m N/m.However,the changes of DPPE are larger than DPPC,indicating stronger interaction of lysozyme with DPPE than DPPC.The reason may be due to the different head groups and phase state of DPPC and DPPE monolayers at the surface pressure of 15 m N/m.Atomic force microscopy reveals that lysozyme was absorbed by DPPC and DPPE monolayers,which leads to self-aggregation and self-assembly,forming irregular multimers and conical multimeric.Through analysis,we think that the process of polymer formation is similar to the aggregation mechanism of amyloid fibers.     

Analysis of the induction of the myelin basic protein binding to the plasma membrane phospholipid monolayer

Myelin basic protein(MBP) is an essential structure involved in the generation of central nervous system(CNS)myelin.Myelin shape has been described as liquid crystal structure of biological membrane.The interactions of MBP with monolayers of different lipid compositions are responsible for the multi-lamellar structure and stability of myelin.In this paper,we have designed MBP-incorporated model lipid monolayers and studied the phase behavior of MBP adsorbed on the plasma membrane at the air/water interface by thermodynamic method and atomic force microscopy(AFM).By analyzing the pressure–area(π–A) and pressure–time(π–T) isotherms,univariate linear regression equation was obtained.In addition,the elastic modulus,surface pressure increase,maximal insertion pressure,and synergy factor of monolayers were detected.These parameters can be used to modulate the monolayers binding of protein,and the results show that MBP has the strongest affinity for 1,2-dipalmitoyl-sn-glycero-3-phosphoserine(DPPS) monolayer,followed by DPPC/DPPS mixed and1,2-dipalmitoyl-sn-glycero-3-phospho-choline(DPPC) monolayers via electrostatic and hydrophobic interactions.AFM images of DPPS and DPPC/DPPS mixed monolayers in the presence of MBP(5 n M) show a phase separation texture at the surface pressure of 20 m N/m and the incorporation of MBP put into the DPPC monolayers has exerted a significant effect on the domain structure.MBP is not an integral membrane protein but,due to its positive charge,interacts with the lipid head groups and stabilizes the membranes.The interaction between MBP and phospholipid membrane to determine the nervous system of the disease has a good biophysical significance and medical value.     

两性霉素B与鞘磷脂单分子层的相互作用

选取哺乳动物生物膜中的重要脂质分子鞘磷脂(SM)作为单分子膜的基本组分, 采用Langmuir-Blodgett(LB)膜技术研究了不同比例的两性霉素B/鞘磷脂单层膜的表面压力-平均分子面积(π-A)曲线以及基于π-A曲线的混合性分析, 同时通过原子力显微镜(AFM)研究了其表面形态的变化. 结果表明, 组分间的摩尔比和表面压力对混合单层膜稳定性、混合性以及分子间相互作用具有重要影响.     

皂苷、皂苷元分子聚集相行为的原子力显微镜研究

用原子力显微镜检测了不同浓度下皂苷和皂苷元的分子聚集相行为.实验表明,当浓度为1.0×10-5 mol/L时,皂苷形成分散较均匀的小片段结构,表现为皂苷分子的聚集体结构;而皂苷元由多个分子连接形成聚集体结构,与皂苷相比高度起伏较低,链的长度较长.浓度为1.0×10-4 mol/L时,皂苷出现了不规则片层与小片段共存结构;皂苷元却形成多孔的网状结构.当浓度增大到1.0×10-3 mol/L时,皂苷小分子紧密聚集、分布在云母表面;皂苷元则形成紧密聚集的大片层多孔结构.结构分析表明,分子官能团的属性对于皂苷和皂苷元分子形成的不同结构起到了关键作用,分子骨架中的糖链阻碍皂苷形成大片层结构,而皂苷元由于分子骨架中羟基间氢键相连接,易于形成大的片层结构.     

鞘氨醇与DPPC, DPPE单层膜的热力学特性及形态观察

鞘氨醇(sphingosine)是生物体内合成鞘脂的母体化合物, 是生物膜中的重要组分之一. 通过分析表面压力和平均分子面积(π-A)等温线数据分别研究了鞘氨醇与二棕榈酰基磷脂酰胆碱(DPPC)和二棕榈酰基磷脂酰乙醇胺(DPPE)二元组分单层膜的热力学特性, 并在恒定膜压下制备不同摩尔比例的混合脂膜用原子力显微镜进行观测. 实验结果表明: (1)鞘氨醇与DPPC组成的系统中, XD-Sph＝0.2, 0.4, 0.6时, 过量分子面积与过量吉布斯自由能在所研究的表面压力下表现为负值, 而当XD-Sph＝0.8时, 表现为正值; (2)鞘氨醇与DPPE组成的系统中, 当表面压力 π＜25 mN•m－1时, 过量分子面积与过量吉布斯自由能在所研究的组分比例下表现为负值, 当π≥25 mN•m－1时为正值. 混合单层膜的分子面积与表面吉布斯自由能决定了分子间的相互作用, 当为负值时分子间相互作用表现为吸引力, 出现凝聚现象; 为正值时分子间相互作用表现为排斥力, 促使单层膜出现相分离现象. 过量吉布斯自由能值越小, 单层膜的热稳定性越高. 弹性系数曲线分析和AFM图片观测进一步验证了理论分析的结果.     

DOPC,DOPE和神经酰胺对鞘磷脂/胆固醇双层膜结构的影响

用LB技术和原子力显微镜(AFM)研究了1,2-二油酸甘油-3-磷脂酰胆碱(DOPC)、1,2-二油酸甘油-3-磷脂酰乙醇胺(DOPE)和神经酰胺(Ceramide)对鞘磷脂(SM)/胆固醇(Chol)结构的影响. 实验结果表明, 在表面压力较低时, 每种混合脂双层膜都呈现均匀分布的脂双层结构. 随着表面压力的增加, 形态发生了明显的变化: (1) SM/Chol二元组分双层膜形成均一的液态有序相微区结构, 衬底覆盖率达到80%; (2) DOPC的加入促使SM/Chol双层膜出现相分离现象, SM/Chol形成的液态有序相 “岛状” 微区结构漂浮在液态无序相的DOPC上部, 约占总面积的30%; (3) DOPE与SM/Chol形成的双层膜明显不同于DOPC/SM/Chol, 呈现出液态无序相、液态有序相及凝胶相3相共存的结构; (4) Ceramide诱导了SM/Chol双层膜结构发生重排, 两层脂分子间发生翻转形成囊泡结构, 部分神经酰胺从液态有序相中分离形成小颗粒结构. 在较高膜压下, 各系统都呈现出具有特定形态的双层膜结构. 分子官能团的成键能力决定了双层膜形态结构.     

鞘氨醇／胆固醇单层分子膜的热力学特性及表面形态的AFM观测

脂筏是近年来在生物膜研究中发现的一种富含鞘脂、胆固醇和特殊蛋白质的动态微区结构,其结构和功能的改变,会引发多种疾病．本文利用LB膜技术模拟脂筏的动态微区结构,通过测量表面压力与平均分子面积（π-A）曲线数据,计算出鞘氨醇／胆固醇LB单层膜的过量分子面积（△A（ex））、表面过量吉布斯自由能（△G（ex））、活度系数（f1和f2）以及弹性模量（Cs^-1）,系统的研究了二元组份混合单层膜的热力学特性,并用原子力显微镜对鞘氨醇与胆固醇混合膜的形态进行观察．热力学分析表明过量分子面积和过量吉布斯自由能相对理想状态都具有负偏差作用,这说明分子间相互作用表现为吸引力,且单层膜的稳定性、弹性模量和活度系数的数值明显的依赖于胆固醇与鞘氨醇的比例．AFM观察结果表明,纯鞘氨醇单分子膜表现为小的颗粒体结构;当鞘氨醇与胆固醇按不同摩尔比混合时,随着胆固醇摩尔比例的增加,混合膜呈现出从链状结构向较大的片层与网状共存结构的转化．最终纯胆固醇形成高度紧密的膜结构．AFM实验有力的支持了理论分析的结果．     

Langmuir-Blodgett膜超分子SM/DOPC/Chol三元脂系的原子力显微镜观察

用原子力显微镜研究了胆固醇(Chol)对鞘磷脂(SM)/1,2-二油酸甘油-3-磷脂酰胆碱(DOPC)二元脂系统结构的影响和神经酰胺对SM/DOPC/Chol三元脂系统结构的影响. 实验发现, 在SM/DOPC二元脂系统中, 胆固醇和带饱和脂肪酸链的磷脂发生相互作用形成微区结构, 随着胆固醇含量的增加, 微区的面积逐渐增大, 形成了稳定的片层结构. 当把神经酰胺加入到等摩尔配比的SM/DOPC/Chol三元脂系统中时, 随着神经酰胺比例的增加, 先形成紧密的聚集态结构, 然后逐渐演变成具有特定微区的网状结构. 研究结果表明, 微区的形成主要是由分子不同的官能团之间的相互作用所决定, 这可能在细胞信号传导等生理活动中起到重要的作用.     

胆固醇/两性霉素B混合单层膜相互作用的研究

两性霉素B (AmB)为多烯类抗真菌抗生素, 它的吸收过程与生物膜有密切联系. 选用生物膜中的重要分子胆固醇为代表, 通过Langmuir-Blodgett (LB)膜技术测得胆固醇/两性霉素B单层膜表面压力与平均分子面积(π-A)曲线, 定量分析了固定模压下的平均分子面积(A)、弹性模量(C_S^－1)、过量吉布斯自由能(ΔG_ex)等参量. 实验结果表明, 胆固醇/两性霉素B两组分物质的量比与膜压对单层膜的弹性、稳定性以及热力学特性有影响|通过单层膜相互作用参数α进一步佐证了组分间物质的量比和表面压力对混合单层膜稳定性、混合性以及分子间相互作用具有重要影响.     

液体环境单分子免疫球蛋白G的原子力显微镜高分辨成像

原子力显微镜技术( AFM)具有纳米级高分辨成像能力,是研究生物大分子结构和功能的重要工具之一。制备合适的样品是获取高分辨成像的关键要素。本研究结合DNA折纸技术,将抗原分子修饰在DNA折纸上,通过分子识别作用,抗体分子与抗原分子特异性结合,形成由DNA折纸和抗原抗体复合物构成的纳米结构。利用DNA折纸在云母表面上的吸附特点,使得抗体分子选择性地吸附在衬底表面上,由此获得了液体环境中的单个地高辛抗体免疫球蛋白G( IgG)分子的“Y”超微结构形貌。本方法简单、方便,为AFM在单分子水平上检测和表征生物分子结构和功能提供帮助。