封面说明

<正>通道蛋白在物质的跨膜输送及信号传导方面发挥着重要的作用.构筑人工的合成体系来模拟通道蛋白的功能,不仅为发展新型的分离纯化材料提供了可能,而且还为通道蛋白相关疾病的治疗提供了新的研究思路.利用便宜、易得的有机小分子组装是形成人工跨膜通道的一种有效手段.侯军利等利用间苯二甲酸在脂双层中构筑了一种新型的人工通道,实现了离子的高效跨膜输送(见本期论文:祝平平,辛鹏洋,侯军利.间苯二甲酸自组装形成的人工跨膜离子通道.P624~628).     

富精氨酸多肽修饰的金纳米粒子跨膜传输

考察了富精氨酸多肽功能化的金纳米粒子作为载体对细胞外物质的跨膜传输行为. 通过生物素(Biotin)与亲和素(Streptavidin)的亲和反应将具有特定跨膜功能的富精氨酸RRRRRRRR(R₈)多肽分子连接到多肽CALNN修饰的金纳米粒子表面, 实现粒子的功能化. 以荧光素为模型化合物, 利用激光共聚焦显微镜观察了纳米粒子的输送过程. 实验结果表明, 富精氨酸多肽功能化的金纳米粒子可以作为一种低毒高效的跨膜输送载体.     

从实验双层脂膜了解膜的生物物理学

本书综述有关双层脂膜 (平面双层脂及球状酯质体 )的研究现状。论述双层酯的性质并考查生物膜现状 ,本书的两大目标是 :●阐述水或金属双层脂界面的形成及实用研究方法。●处理作为新型界面间吸附的双层脂现象。本书前 9章包括生物膜性质、膜生物物理基本原理、传输、电化学、生理学、生物能量学及光生物学。第 1 0章陈述 :药用双层脂、作为传感器的支撑双层脂、简述脂质体及通过基于自然光合成的半导体隔膜光弗电池。从实验双层脂膜了解膜的生物物理学@田心棣$MichiganState University.E.Larrsing.USA @A.Ottava-Leitm annova$Mic…     

脱血红素细胞色素c的解折叠状态与跨膜运送能力的相关性

与马心脱血红素细胞色素c(Apocytochrome c,简称apocyt.c)相比,鸡心apocyt.c在透析复性过程中存在着显著的由无规到部分折叠的自发构象变化。用处于不同复性阶段的马心和鸡心apocyt.c对包有胰蛋白酶的单层大豆磷脂大脂质体的转运实验发现,马心apocyt.c的转运速率变化较小,而鸡心apocyt.c的跨膜能力随着分子折叠程度的增加而发生明显的下降。用圆二色技术测定马心和鸡心apocyt.c与大豆磷脂结合后的二级结构提示:apocyt.c的有效的跨膜运送依赖于其在脂双层中处于较松散的折叠结构。     

羟基喜树碱-类水滑石纳米杂化的共组装制备及表征

采用共组装法在水溶液中制备羟基喜树碱(HCPT)-层状双金属氢氧化物(LDH)纳米杂化物.先利用微通道反应器通过共沉淀法制备了Zn₂Al-NO₃ LDH纳米片,然后与羧酸盐型HCPT在水介质中共组装,制备了HCPT插层LDH的纳米杂化物.利用酸处理,可将层间HCPT由非生物活性的羧酸盐型转化为生物活性的内酯型,这对高生物活性HCPT-LDH纳米杂化物的绿色制备具有重要意义.共组装法制备HCPT-LDH纳米杂化物,耗时短、载药量高、分散性好,且利用原料配比可方便地调控载药量. HCPT分子在LDH层间以其长轴倾斜于层板呈双层排列.所制备的HCPT-LDH纳米杂化物具有良好的药物缓释性能,颗粒内部扩散是药物释放过程的控速步骤.药物释放过程可用准二级动力学模型描述.可以用于构筑LDH基药物输送-控释体系.     

脂质体模拟生物膜研究药物吸收

应用膜模型脂质体研究了脂溶性药物水杨酸、水溶性药物维生素B₆和头孢曲松钠、喹诺酮类抗菌素氟哌酸及抗癌药物阿霉素的吸收,并与细胞膜上的吸收情况作了比较.吸收曲线呈直线关系的水杨酸吸收依赖被动扩散.维生素B₆的实验结果表明吸收依赖于细胞膜上的蛋白,是一种化学过程,吸收值不呈直线关系.头孢曲松钠的吸收方式是简单的扩散过程.氟哌酸在离子作用下扩散通过脂双层.阿霉素是在细胞核内核酸的牵引力作用下跨膜吸收.     

Eu3+对DMPC人工膜脂双层主相变温度的影响

利用付里叶变温红外光谱和核磁共振谱研究了Ｅｕ３＋离子与人膜ＤＭＰＣ脂双层配位作用的影响，实验发现Ｅｕ３＋离子对ＤＭＰＣ脂双层影响不局限于界面区域，而且扩展到整个酰基链，因而使ＤＭＰＣ脂双层的主相变温度提高了６℃。     

人工分子机器:分子尺度运动的精准化与可视化

分子机器在自然界至关重要,其在生物过程中执行了大量复杂的功能,从而实现不同尺度的动态行为调控.受生物系统的启发,科学家致力于研究人工分子机器在分子尺度下的精准构筑和定向运动,并通过层级组装实现信号传递和功能放大,从而推动动态智能材料的设计发展.但如何利用新方法精准构筑复杂的人工分子机器,如何将分子尺度的运动动态进行“可视化”,以及如何在生命科学研究中发挥其功能,一直是分子机器领域的研究热点.本文基于本课题组的工作,系统介绍了人工分子机器在分子尺度的精准结构构筑、信号输出以及其在跨膜运输方面的研究.最后总结了该领域在多尺度精细化和功能化方面的挑战,并展望了分子机器在宏观智能材料领域的发展前景.     

半夏凝集素对小鼠运动神经末梢膜电流的作用

从药用植物半夏的块茎鲜汁中提取的半夏凝集素(PTL),易化小鼠运动神经末梢的乙酰胆碱(ACh)量子释放,可在人工脂双层形成阳离子通道。本文报道了它对运动神经末梢膜电流的作用。 实验进行于小鼠肋间神经胸三角肌标本,利用神经周膜(perineurium)下记录,观察PTL对神经末梢前区的钠流、来源于神经末梢的三种钾流和两种钙流的影响,结果发现,PTL增大电压依赖快钙(I_(Ca),+),钠(I_(Na))和依Ca~(2+)钾流(I_K,Ca);而对电压依赖快(I_K,f)、慢(I_K,s)钾流却均无可见影响。作用是不可逆的,但PTL的专一结合糖-甘露聚糖可使之逆转。PTL这些作用的总合效应将促进Ca~(2+)内流,提高[Ca]_i,从而易化神经递质释放。据我们所知,这是凝集素影响哺乳类动物运动神经末梢膜电流的第一个报道。     

脂双层交插结构对人红细胞膜带3蛋白的作用

本文通过将人红细胞膜的阴离子通道——带3蛋白重组于不同的磷脂囊泡来研究脂双层的交插结构对膜内部蛋白构象及功能的影响。用多粘菌素B或三羟甲基氨基甲烷(Tris~+)来诱导DPPG/band3或DPPG/DMPC/band3囊泡形成脂酰链相互交错对插的脂双层(简称交插结构),通过高灵敏的差示量热扫描来检测脂囊泡的结构特征。荧光研究表明交插的脂双层能够增强重组带3蛋白的内源荧光强度并降低蛋白上色氨酸残基的暴露程度,而且随着脂双层交插结构与非交插结构的相互转变,重组带3的构象也发生可逆变化。通过囊泡对~(35)SO_4~(2-)的转运实验表明交插的DPPG脂双层使带3基本丧失转运功能。     

双层脂和膜生物能量学中的826-氧化还原反应

本文对超薄人造双分子层膜(BLM)和叶绿体及线粒体生物膜中的电子过程进行了研究,总结了由伏安技术所得的近期实验。还讨论了基础电化学在膜研究中的应用,尤其对Eyring方程、Butler-Volmer方程和Tafel方程,以及按照膜孔电积作用在膜中的电子过程的起源进行了论述。讨论了在缺少双层脂的情况下确定氧化还原蛋白组分的标准电位(U′_0,对双层脂膜中有关的电子转移和生物氧化还原提出了设想。     

简易制备高整流比的异质纳米通道

生命体内的离子通道在各种生物功能调节过程及生命活动中具有重要的意义.模仿生物孔道的离子输运性质,构筑人工纳米通道,并研究人工纳米通道的离子输运性质是一项具有重大意义的研究课题.本文通过双面阳极氧化和原位扩孔结合的方法制备了对称结构的沙漏形氧化铝纳米通道.通过在对称结构的沙漏形氧化铝（AAO）纳米通道一侧粘贴一层透明胶带,经过热处理后,获得了一种具有高整流比的有机-无机异质纳米通道.基于非对称的结构和电荷分布,氧化铝纳米通道与有机纳米通道在复合区域形成异质结构.由于多孔AAO纳米通道和有机纳米通道的协同效应,异质纳米通道表现出独特的纳米流体二极管特性,即在比较宽的pH范围内具有单一的整流方向.在该体系中,氧化铝纳米通道内壁的羟基和有机纳米通道内壁的羧基在不同pH值下所带电荷性质不同,使异质结构纳米通道内壁表面电荷的性质和电荷密度发生改变,可以通过调节体系的pH来调控通道内的离子传输.     

用Fourier变换红外光谱法研究没食子酸酯类对人工膜和人血小板膜的作用

本文应用Fourier变换红外光谱法(FTIR)分别探测膜脂质双层碳氢链尾部区、脂相-水相交界区和头部区的物理状态,以了解没食子酸及其酯类(没食子酸乙酯、丙酯、异丁酯、丁酯)的作用机制。结果表明,没食子酸及其酯类都有调节DPPC人工膜和含胆固醇的DPPC人工膜的作用,并呈现量效关系和构效关系。还首次发现,上述酯类也对人血小板膜的结构有调节作用,而且可以使ADP作用后的血小板膜发生可逆性恢复。该类化合物可抵消胆固醇对人工膜和ADP对血小板的作用这一现象,为解释活血化瘀中药作用机制提供一些新的论据。     

胺解改性聚L-谷氨酸苄酯引导骨再生膜的制备

以聚L-谷氨酸苄酯(PBLG)为原料, 通过溶剂浇铸与粒子沥滤法分别构建PBLG单层致密和PBLG单层多孔膜, 利用乙醇胺对薄膜表面改性, 构筑双层引导骨再生膜. 研究了不同胺解改性时间对PBLG-s-PHEG双层膜亲水性和力学性能的影响, 结果表明, 随着PBLG分子量的增大, 薄膜的力学性能增强而降解速率减缓. 延长胺解改性时间可提高薄膜亲水性和体内外降解速率. 细胞实验结果表明, 双层薄膜的致密结构能够有效阻隔成纤维细胞的侵入, 多孔结构能够支持细胞贴壁黏附和铺展. 体外生物活性评价结果表明, 表面改性的PBLG基材料可用于体内骨缺损修复. 本文所构建的双层引导骨再生膜在体外具有良好的力学性能和降解性能, 与组织具有一定的贴合性, 同时可有效阻碍成纤维细胞侵入, 具有潜在应用价值.     

基于分子动力学模拟的TRPM8通道门控特性分析

TRPM8通道的温度感知等生理功能依赖于正常的门控, 但现有晶体结构中S6跨膜螺旋C末端形成的门控结构存在氨基酸缺失, 所以其门控特性未能揭晓. 本文基于已有的晶体结构和AlphaFold算法构建了 11个完整不同构象的TRPM8通道, 发现其S6跨膜螺旋C末端构成的门控存在回环和螺旋2种构象. 在回环构象中, 多个氨基酸参与形成阻碍离子通透的孔道区; 而在螺旋构象中, 仅有关键氨基酸V956发挥门控作用. 由于回环构象的柔性大于螺旋构象, 导致回环构象参与阻碍离子通透的关键氨基酸构象和数量变化多样. 二级结构预测与模建结果表明, S6跨膜螺旋C末端存在回环构象向螺旋构象的转变, 此过程中柔性的回环构象结构域向胞外侧上移, 关键氨基酸向孔道衬外扭转, 增强了与相邻跨膜螺旋S5的相互作用以及S5与TRP螺旋之间的相互作用, 进而形成刚性、 稳定且有序的螺旋构象. 这增加了TRPM8通道各结构域间的协同性, 使能量信息更高效地传递到门控结构域, 为TRPM8通道开启蓄势.     

锆离子改善十烷基磷酸组装膜结构及性能研究

利用烷基磷酸、金属锆离子和不锈钢电极表面的相互作用,通过表面自组装,在304不锈钢电极表面分别修饰了单层和双层烷基磷酸自组装膜,采用接触角和极化曲线对修饰电极进行测量.实验表明,双层烷基磷酸修饰膜具有更佳的耐腐蚀性能.     

pH响应的嵌段共聚有机膜的计算机模拟

采用耗散粒子动力学模拟了PS-PAA-PEO三嵌段共聚物在非溶剂诱导下自组装形成通道孔结构高分子膜的过程.探讨了聚合物浓度对多孔膜结构的影响,得到了制备通道孔高分子膜的合适浓度范围.在不同pH值下,聚合物膜孔具有开关效应,并计算了相应的孔径.研究结果表明:当溶液的pH值由酸性转为中性时,通道孔从打开状态切换为关闭状态,达到了理想的智能开关效果.另外,在不同pH下的通道膜对不同尺寸的纳米粒子有选择性透过作用.结果发现孔径越小,可截留越小尺寸的纳米颗粒.     

多金属氧簇与倍半硅氧烷簇构筑的哑铃形杂化分子Langmuir膜和Langmuir-Blodgett膜

以两个形状杂化分子(Shape Hybrid Molecules)为目标分子, 研究了它们在气液界面上形成Langmuir膜的过程和Langmuir-Blodgett (LB)膜的聚集态结构. 杂化分子是由Wells-Dawson型磷钨氧簇(Polyoxometalates, POMs)和T₈型的倍半硅氧烷簇(Polyhedral Oligosilsesquioxane, POSS), 通过对苯二甲酸有机连接链(OL)用共价键构筑的具有杂化性质和哑铃形状的簇-簇杂化分子(POM-OL-POSS). 这两种杂化分子的差别在于POSS段中, 外围有机基团的尺寸不同. 在实验中, 采用Langmuir和LB膜技术, 了解POSS外围的七个取代基变化导致的分子尺寸变化对Langmuir膜形成过程和LB膜结构的影响. 采用Langmuir技术测定了表面压-平均分子面积(π-A)等温曲线和π-A循环等温曲线, 跟踪并研究了这两个杂化分子在水表面上形成Langmuir膜的过程. 实验结果表明, 两个杂化分子都表现出良好的两亲性, 从气相变化到固相的过程中, 杂化分子经历了从分散到集中的过程. 将这些膜转移到基片上, 得到单层的LB膜, 再利用原子力显微镜(AFM)和透射电子显微镜(TEM)研究了LB膜的表面形貌和聚集态结构. 由于POM段中含有钨和钒金属, 可以直接用TEM观察聚集态结构, 发现了在气-液和液-固相转变过程中, LB膜中杂化分子的聚集态结构都呈现涨落特征, 一种凝聚态物理中由相转变导致结构涨落的重要物理现象. 本研究获得的结果能够帮助我们以及这个领域的研究者们继续优化杂化分子的结构, 进一步构筑具有有序结构的膜和本体材料.     

纳米纤维素：多层次跨尺度无机功能体系的构筑平台

现代工业的迅猛发展在为生活带来诸多便利的同时也危及人类赖以生存的生态环境.利用可再生资源,效仿生物材料的构筑特征及构效关系,建立可持续构筑途径,实现功能定向构筑已成为材料研究的重要推手及重大挑战.纳米纤维素来源于自然存储量最丰富的纤维素,是纤维素分子的自组装体,以手性、化学可修饰性、机械增强以及自组装等特性引起科学界的极大关注.结合纳米纤维素的本征矿化能力、基于化学组装与化学合成协同作用的辅助矿化以及基于生物合成协同矿化等途径,建立跨尺度多级结构的构建方法,开发高效纳米纤维素基无机功能材料研究具有重要的科学和社会意义.本综述针对纳米纤维素的矿化能力,围绕矿化驱动力、矿化选择性、异质矿化、跨尺度结构化、功能集成、功能定向构筑等重要科学问题,选择代表性纤维素基无机材料进行分析归纳,为推进多层次跨尺度纳米纤维素基无机功能体系的精准构筑提供科学依据.     

人红细胞摄取环己二胺合铂(Ⅱ)配合物的手性选择性研究

合成了六种以不同手性的1,2-环己二胺(1,2-dach)作为载体配体的铂(Ⅱ)配合物,用元素分析、红外及分子图形方法对其组成和结构进行了表征.测定了它们跨人红细胞膜的一级反应动力学常数.用膜蛋白巯基滴定、荧光标记、自旋标记ESR谱等方法研究了它们与膜蛋白、膜脂的相互作用;用脂质体模拟了这些配合物的细胞摄入.结果表明:这些配合物主要通过简单扩散进入红细胞,其跨膜速率对环己二胺的手性具有明显的选择性.这种选择性主要来源于配合物与膜脂作用过程中的手性识别。