辅酶Q10的结构及其与生物膜分子的相互作用研究

论文摘要

辅酶Q10广泛存在于各种组织细胞尤其是心肌细胞中的线粒体中，是组织细胞内具有重要作用的活性酶，在细胞线粒体呼吸链即电子传递系统中起递氢体作用，是细胞呼吸链的重要组成部分，参与ATP的合成。它也是一种公认的氧自由基清除剂，其异常的代谢与人体的许多疾病相关联，人为的补充辅酶Q10能减缓许多病症。辅酶Q10的结构与其功能有关，但是对辅酶Q10的结构与功能的关系、溶液构像等方面的研究报道尚不多见。因此，在分子水平上探寻辅酶Q10的结构定会对揭示线粒体疾病病理起重要作用。本论文在前人研究的基础上，利用LB膜技术和原子力显微镜技术，以猪心肌线粒体为材料，运用醇碱皂化法从动物组织中提取辅酶Q10，运用多种物理手段进行鉴定，然后将其装配到模拟生物膜中，用LB膜技术研究其与生物膜的相互作用，同时用原子力显微镜技术（AFM）探测其在溶液中的构象、模拟生物膜的结构进而确定其在生物膜中的位置。从辅酶Q10与模拟生物膜的相互作用以及在溶液中构象入手，有可能为辅酶Q10在生物膜中的位置、生物利用度等热点问题提供线索。目前通过实验研究，取得如下研究结果：1．本研究发现皂化时间在30min，皂化温度在90℃时辅酶Q10产量最高。在纸层析提纯实验中，以苯∶乙醇（1∶2）作展开剂时，Rf值和斑点直径均适宜，可以得到很好的分离效果。2．PC（PE）分子膜中加入辅酶Q10后，相变均出现了延缓。这就为Thomas HauB等的结论提供了证据。即辅酶Q10并没有位于分子膜内，而是位于疏水区，同时碳氢链伸入膜层当中，有可能起到抑制质子漏的作用，维持一定的梯度。PC（PE）分子膜中先加入胆固醇，可以很明显的看到第二次相变较原来更加明显。接着加入辅酶Q10，我们看到膜压迅速增大，相变趋于平缓。同时我们可看到辅酶Q10对PC的影响比对PE的影响更具有规律性。而先加入辅酶Q10，再加入胆固醇，同样我们可以看到膜压迅速增大，并且PC分子膜膜质较PE分子膜膜质更为稳定，这可能与分子的形状有一定的关系。3．制得的辅酶Q10精品通过原子力显微技术在分子水平上观测其结构。我们可推测辅酶Q10分子呈链状。随着辅酶Q10—乙醚溶液的稀释，辅酶Q10在云母表面呈现6类拓扑结构。其在云母表面较容易形成片状多孔区域。4．辅酶Q10与其它生物分子的相互作用较为明显：（1） GM与辅酶Q10作用后均呈岛屿状。GM1与辅酶Q10作用后平整度较低，GM2、GM3与辅酶Q10作用后较为平整，但其中有数个孔状。（2）一般情况下胆固醇对细胞膜起稳定作用，可是加入辅酶Q10后明显的增强了膜的通透性。（3） PE（100uL）＋CoQ10（100uL）组合膜较为平整，而纯PE的AFM图像膜质比较粗糙。PE（100uL）＋CoQ10（100uL）＋Chol（100uL）三相组合膜质较为复杂，聚集体形状较为各异。（4）当比例为PE∶CoQ10∶PBS（20M∶10M∶5ml）时，PE-CoQ10脂质体的形状和大小较为均匀，平均直径约140nm。以上研究成果为辅酶Q10在生物膜中的方位、作用，溶液构象及在体内的生物利用度等问题的研究提供了重要的资料，对丰富和进一步发展辅酶Q10结构与功能等有重要意义，同时也为辅酶Q10的应用积累了资料。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 10研究现状'>1.2 辅酶Q₁₀研究现状
• 10性质'>1.3 辅酶Q₁₀性质
• 10的作用'>1.4 辅酶Q₁₀的作用
• 1.4.1 生化作用
• 1.4.2 药理作用
• 1.4.2.1 自由基清除作用
• 1.4.2.2 稳定细胞膜维持钙离子通道完整
• 1.4.2.3 免疫增强作用
• 1.4.2.4 药动力学研究
• 1.5 本论文选题依据及主要研究内容
• 1.5.1 本论文选题依据
• 1.5.2 本论文主要研究内容
• 10的提纯与鉴定'>第二章 辅酶Q₁₀的提纯与鉴定
• 2.1 引言
• 2.1.1 提取法
• 2.1.1.1 皂化法
• 2.1.1.2 溶剂萃取法
• 2.1.1.3 吸附层析法
• 2.1.2 植物细胞培养法
• 2.1.3 化学合成法
• 2.1.3.1 侧链直接引入法
• 2.1.3.2 侧链延长法
• 2.1.4 微生物发酵法
• 10的制备'>2.2 辅酶Q₁₀的制备
• 2.2.1 实验材料、仪器
• 2.2.1.1 实验材料
• 2.2.1.2 实验仪器
• 2.2.2 实验方法
• 2.2.3 实验结果
• 10进行提纯'>2.2.3.1 纸层析法对辅酶Q₁₀进行提纯
• 2.2.3.2 紫外可见分光光度计对其进行检测
• 10'>2.3 鉴定辅酶Q₁₀
• 10检测'>2.3.1 红外光谱对CoQ₁₀检测
• 2.3.1.1 操作步骤
• 2.3.1.2 检测结果
• 2.3.2 核磁共振对其进行检测
• 2.3.2.1 操作步骤
• 2.3.2.2 检测结果
• 10的LB观测'>第三章 辅酶Q₁₀的LB观测
• 3.1 LB膜仪介绍
• 3.1.1 原理
• 3.1.2 LB膜结构模型
• 3.1.3 LB膜仪主要功能
• 3.1.4 LB膜制备装置
• 3.2 实验步骤
• 3.2.1 液面上单分子膜的形成
• 3.2.2 p-A曲线的制作
• 3.2.3 膜转移
• 3.3 LB结果
• 3.3.1 π-A曲线的分析
• 3.3.2 成膜条件的分析
• 第四章 原子力显微镜实验
• 4.1 原子力显微镜介绍
• 4.1.1 引言
• 4.1.2 原子力显微镜基本原理
• 4.1.3 原子力显微镜主要构件
• 4.1.4 原子力显微镜的成像模式
• 4.1.4.1 接触模式（Contact Mode）
• 4.1.4.2 非接触模式（Non-contact Mode）
• 4.1.4.3 轻敲模式（Tapping Mode）
• 4.1.5 原子力显微镜特点
• 4.1.6 原子力显微镜的应用
• 4.1.6.1 原子力显微镜是进行晶体生长机理研究的有效工具
• 4.1.6.2 原子力显微镜在物理学中的应用
• 4.1.6.3 原子力显微镜在电化学中的应用
• 4.1.6.4 原子力显微镜在生物大分子结构研究中的应用
• 4.2 实验材料与步骤
• 4.3 AFM结果
• 10'>4.3.1 乙醚中的CoQ₁₀
• 10与其它分子的作用'>4.3.2 CoQ₁₀与其它分子的作用
• 10与GM₁、GM₂、GM₃的作用'>4.3.2.1 CoQ₁₀与GM₁、GM₂、GM₃的作用
• 10与Sulfatidase的相互作用'>4.3.2.2 CoQ₁₀与Sulfatidase的相互作用
• 10与Cholesterol的相互作用'>4.3.2.3 CoQ₁₀与Cholesterol的相互作用
• 10与PE、Chol的作用'>4.3.2.4 CoQ₁₀与PE、Chol的作用
• 10脂质体'>4.3.3 CoQ₁₀脂质体
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间研究成果