电化学法研究硫酸多粘菌素B与磷脂的相互作用

论文摘要

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。当药物进入人体内,生物膜是药物进入细胞内的一道屏障,因此研究药物和生物膜的相互作用有利于了解药物在体内的吸收、分布以及生物利用度等情况。由于生物膜结构、组成以及膜内外的环境都非常复杂,口前的许多研究还不能在膜原位进行,为了便于对生物膜的各种物理化学特性进行深入研究,实验室往往制备由一种或几种脂质组成的各种模拟生物膜结构并对其进行各项研究。本文主要采用电化学循环伏安法、电化学交流阻抗谱以及Langmuir-Blodgett（LB）技术等方法对金电极支撑的几种混合双层膜及L-B单分子膜体系进行了研究,并以此来考察和探究不同的脂质成分对药物和生物膜相互作用的影响,这对于了解药物的作用靶点及新药的设计、优化等均具有重要的意义。多粘菌素B是一种常见的由多粘芽胞杆菌产生的一组抗革兰氏阴性杆菌的多肽类抗生素。多粘菌素B主要作用于细胞膜,所以在多粘菌素B发挥药效时对正常细胞的细胞膜也可能产生影响。文献对其与革兰氏阴性杆菌外膜的脂多糖的相互作用报道居多,而对其与细胞膜作用的研究并不常见。因此本文将以其为药物模型来研究药物与模拟生物膜的相互作用及其可能对人体产生的副作用。本文研究的主要内容如下：1.利用自组装技术在金电极表而制备了金支撑的混合双层膜（HDM-DMPC）,并采用循环伏安法（CV）以及电化学交流阻抗谱（EIS）技术对硫酸多粘菌素B与磷脂酰胆碱的相互作用进行了研究。结果表明,硫酸多粘菌素B能够破坏磷脂分子的有序排列,诱发混合双层膜产生孔洞或缺陷,导致混合双层膜的膜电阻降低,从而增加了探针分子Fe（CN）63-/4-与电极间的电子传递。实验发现这种相互作用的强度受到硫酸多粘菌素B溶液的浓度、pH值及其相互作用的时间和胆固醇的影响。通过自修复实验的考察,我们发现,被硫酸多粘菌素B破坏的双层膜在一定程度内膜上的磷脂分子可以在KCI支持液中重新自组装,且这种自我修复的程度与修复时间和与之相互作用的硫酸多粘菌素B的浓度有关。2.利用自组装技术在金电极表而制备了金支撑的脂质双层膜（DPPTE～DM PS）为生物膜模型,采用循环伏安法（CV）和电化学交流阻抗谱（EIS）技术研究了硫酸多粘菌素B与脂质双层膜（DPPTE-DM PS）的相互作用,并利用Langmuir-Blodgett （LB）技术研究了硫酸多粘菌素B对DMPS单层膜的破坏。结果表明,硫酸多粘菌素B能够破坏磷脂分子的有序排列,诱发脂质双层膜产生孔洞或缺陷,导致脂质双层膜的膜电阻降低,从而增加了探针分子Fe（CN）63-/4-与电极间的电子传递。实验发现这种相互作用的强度受到硫酸多粘菌素B溶液的浓度、作用的时间以及膜中胆固醇含量的影响。通过自修复实验的考察,我们发现,被硫酸多粘菌素B破坏的双层膜电极在一定程度内膜的磷脂分子在室温条件下可以重新自组装,且这种自我修复的程度与修复时间和与之相互作用的硫酸多粘菌素B的浓度有关。LB实验结果表明,硫酸多粘菌素B的亲脂链可以嵌入到DMPS磷脂膜烃基链所形成的疏水区域中,且正电性的硫酸多粘菌素B可与负电性的磷脂酰丝氨酸由静电作用而结合在磷脂膜上,从而诱导DMPS膜中分子排列的变化并引起分子膜压的升高。3.利用自组装技术在金电极上制备了金支撑的不同的脂质双层膜为生物膜模型,采用循环伏安法研究了不同的脂质成分对硫酸多粘菌素B和生物膜相互作用的影响。实验结果表明：①实验所用到的磷脂均可与硫酸多粘菌素B发生相互作用,使磷脂双分子层结构遭到破坏,并产生孔洞,且所有磷脂与硫酸多粘菌素B的相互作用强度均随硫酸多粘菌素B溶液浓度的增大而增强；②磷脂头基对硫酸多粘菌素B与脂质双层膜相互作用影响的研究表明：在弱酸性条件下当硫酸多粘菌素B的浓度低于2*10-3 mol/L时,其对DPPTE～DMPE、DPPTE～DMPS及DPPTE～DMPC三种脂质双层膜的破坏程度依次增大；③磷脂酰烃链长度对硫酸多粘菌素B与脂质双层膜相互作用影响的研究表明：当磷脂头基及其烃链结构相同时,含有较短烃链的磷脂更易于与硫酸多粘菌素B发生相互作用；④磷脂酰烃链不饱和性对硫酸多粘菌素B与脂质双层膜相互作用影响的研究表明：当磷脂的头基及其疏水烃链长度相同时,疏水烃链含有不饱和键的磷脂更易于与硫酸多粘菌素B发生相互作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 生物膜
• 1.2.1 生物膜的化学组成
• 1.2.2 生物膜的分子结构模型
• 1.2.3 模拟生物膜模型
• 1.3 自组装模拟生物膜的表征
• 1.3.1 循环伏安法（CV）
• 1.3.2 电化学交流阻抗谱法（EIS）
• 1.3.3 荧光脂质体技术
• 1.3.4 Langmuir膜与LB技术
• 1.4 课题研究的目的、意义及研究内容
• 1.4.1 课题研究的口的及意义
• 1.4.2 本文研究的主要内容
• 第二章 硫酸多粘菌素B对磷脂酰胆碱作用的研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 主要试剂与仪器
• 2.2.2 HDM单层膜和HDM-DMPC混合双层膜的制备
• 2.2.3 硫酸多粘菌素B与DMPC相互作用的研究步骤
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 HDM-DM PC混合双层膜电极的CV表征
• 2.3.2 裸金电极及HDM-DMPC混合双层膜电极的EIS表征
• 2.3.3 硫酸多粘菌素B与HDM-DMPC混合双层膜的相互作用研究
• 2.3.4 HDM-DMPC混合双层膜与硫酸多粘菌素B作用后的自我修复
• 2.4 小结
• 第三章 硫酸多粘菌素B对磷脂酰丝氨酸作用的研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 主要试剂与仪器
• 3.2.2 单层膜和DPPTE～DMPS脂质双层膜的制备
• 3.2.3 硫酸多粘菌素B与DMPS相互作用的研究步骤
• 3.2.4 LB膜的制备
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 硫醇单层膜及磷脂单层膜电极的CV表征
• 3.3.2 裸金电极、磷脂单层电极及脂质双层膜电极的CV表征
• 3.3.3 DPPTE～DMPS脂质双层膜电极的日S表征
• 3.3.4 硫酸多粘菌素B与DPPTE～DMPS脂质双层膜的相互作用研究
• 3.3.5 胆固醇对硫酸多粘菌素B和DPPTE～DMPS脂质双层膜相互作用的影响
• 3.3.6 DPPTE～DMPS脂质双层膜与硫酸多粘菌素B作用后的自我修复
• 3.3.7 硫酸多粘菌素B与DMPS单分子膜相互作用的研究
• 3.4 小结
• 第四章 不同的脂质成分对硫酸多粘菌素B和生物膜相互作用的影响
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 主要试剂与仪器
• 4.2.2 磷脂单层膜和脂质双层膜的制备
• 4.2.3 硫酸多粘菌素B与不同磷脂间相互作用的循环伏安法研究步骤
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 DPPTE～DMPC脂质双层膜电极的CV表征
• 4.3.2 不同脂质双层膜充电电流的循环伏安表征
• 4.3.3 磷脂头基对硫酸多粘菌素B与脂质双层膜相互作用的影响
• 4.3.4 磷脂酰烃链长度对硫酸多粘菌素B与脂质双层膜相互作用的影响
• 4.3.5 磷脂脂肪链饱和度对硫酸多粘菌素B与脂质双层膜相互作用的影响
• 4.4 小结
• 第五章 总结
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 在学期间发表的学术论文与研究成果