基于细胞膜囊泡的膜性质研究与调控

摘要

细胞膜在细胞与外界环境的物质交换、能量转换、信号传递等多种生理活动过程中具有重要作用，因此，研究细胞膜表面结构与性质对探索细胞膜表面生命活动现象具有重要的意义。目前，研究者主要采用脂质体模型对细胞膜结构和性质进行研究，但是这种膜模型不具备天然细胞膜的结构和性质。该论文中，我们采用从活细胞中提取的细胞膜囊泡(GMVs)作为细胞膜的研究模型，研究不同盐离子浓度对膜通透性的影响，并在膜表面构建DNA纳米结构体系模拟膜蛋白离子通道，具体研究内容如下：　　在第二章中，基于细胞膜通透性研究对于生物体生命活动以及药物开发研究中的重要意义，而目前对于膜通透性的研究主要有两个方向的研究，一是采用不同磷脂和胆固醇混合的磷脂膜作为研究模型，研究胆固醇和磷脂对膜通透性的影响；二是研究不同的外界环境及溶质的性质对细胞膜通透性的影响。我们采用从活细胞中提取的囊泡为研究模型，通过改变溶液中纳离子的浓度来研究其对膜的通透性影响。我们利用共聚焦显微镜表征GMVs对不同荧光染料的通透情况，采用ImageJ软件对囊泡内不同小分子染料的荧光强度进行统计。实验发现不同的纳离子浓度对膜的通透性有明显的影响，在膜外纳离子浓度改变的情况下，不带电荷的罗丹明B分子进入囊泡的情况没有明显的影响，带正电荷的孔雀石绿分子进入囊泡有明显的影响，并且一定浓度的纳离子可以加快孔雀石绿分子进入囊泡。　　在第三章中，我们利用DNA纳米结构模拟细胞膜蛋白离子通道构筑仿生离子通道。我们利用DNA纳米孔在囊泡表面构筑可响应的仿生离子通道。我们首先利用DNA自组装获得DNA纳米孔，通过DNA纳米孔上的胆固醇与磷脂膜的疏水相互作用将纳米孔锚定在膜表面并模拟膜通道蛋白。该设计中，纳米孔顶端可与单链“Lock”序列进行结合，使孔封闭，只有当“Lock”与互补序列“Key”序列结合时，孔被打开使离子通过纳米孔，从而调控离子的进入。以钙离子为模型，研究结果显示我们所设计DNA纳米通道可有效控制钙离子的进入囊泡内部。

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中英文缩写对照

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第1章 绪 论

1.1 细胞膜的概述

1.1.1 细胞膜的组成

1.1.2 细胞膜的功能

1.2 细胞膜通透性的研究意义及研究现状

1.2.1 膜通透性的研究意义

1.2.2 膜通透性研究进展

1.3 DNA 纳米结构在生物膜上的研究

1.3.1 DNA 纳米结构简介

1.3.2 生物膜上的 DNA 纳米结构

1.4 本论文选题意义和研究内容

第2章 不同的纳离子浓度对膜通透性影响研究

2.1 前言

2.2 实验材料与实验仪器

2.2.1 实验材料

2.2.2 实验仪器

2.3 实验部分

2.3.1 试剂配制

2.3.2 细胞培养

2.3.3 考察不同的小分子与 GMVs 孵育饱和浓度实验

2.3.4 考察不同的小分子与 GMVs 的孵育时间实验

2.3.5 调节纳离子浓度，探究膜通透性的变化对小分子进入膜内影响

2.4 实验结果与讨论

2.4.1 细胞膜囊泡的表征

2.4.2 不同小分子结构比较

2.4.3 探究不同小分子与 GMVs 孵育饱和浓度结果

2.4.4 探究不同的孵育时间对小分子进囊泡效率的影响

2.4.5 不同纳离子浓度对囊泡膜通透性影响

2.5 本章小结

第 3 章 构建 DNA 纳米结构体系模拟膜蛋白离子通道

3.1 前言

3.2 实验部分

3.2.1 实验材料

3.2.2 DNA 链的合成

3.2.3 实验仪器

3.2.4 配制试剂

3.2.5 细胞培养

3.2.6 DNA 纳米孔的制备与表征

3.2.7 DNA 纳米孔锚定在 GMVs 表面

3.2.8DNA三棱柱的制备与表征

3.2.9 DNA 三棱柱锚定在 GMVs 表面

3.2.10钙离子进入的测定

3.3 实验结果与讨论

3.3.1 DNA 纳米孔的设计和表征

3.3.2 DNA 纳米孔锚定在 GMVs 表面的结果分析

3.3.3 DNA 三棱柱的设计与表征

3.3.4 DNA 三棱柱锚定在 GMVs 表面的结果分析

3.3.5 DNA 纳米孔和三棱柱共锚定在 GMVs 表面的结果分析

3.3.6 DNA 纳米结构开关设计和表征

3.3.7 DNA 纳米结构调控离子进入膜内的结果分析

3.4 本章小结

结 论

参考文献

附录A攻读学位期间发表的学术论文目录

致 谢