生物微電位

有外壁內壁組成的細胞都有電荷，內壁與外壁之間有電壓差，正常狀態電壓差是0，在受到一定條件刺激的時候，內外壁電荷不同，產生微量的電壓差，我們把這個稱為生物微電位。

基本介紹

• 中文名：生物微電位
• 外文名：Cellular membrane potential

生物機理

談到生物微電位（Cellularmembranepotential）的機理，不得不提到抗菌肽。抗菌肽(anti-peptide, antimicrobial peptide)是由細菌、真菌、植物和動物細胞產生的一類具有抗菌和抗病毒活性的天然多肽，通常,由12-50個胺基酸組成(通俗地也可稱胺基酸組合物)，其中含有兩個以上的帶正電荷的賴氨酸、精氨酸、組氨酸和大量的疏水胺基酸。已知的抗菌肽已有2000多種。抗菌肽是生物進化過程中最早形成的一種內源性免疫機制（innate immune response），用以保護細胞本身不受其他微生物的侵害，哺乳動物細胞在漫長的進化過程中依然保留了這一機制，比如人的骨髓細胞也可產生幾種抗菌多肽，以加強因免疫細胞不能大量進入組織深部，造成的在抵禦病原菌侵入上的防禦薄弱的環節；而青蛙皮膚細胞產生的抗菌肽可以有效保護青蛙皮膚免受感染，存在於青蛙等兩棲類動物產卵時分泌形成的凝膠中的抗菌肽，可以在受精卵發育的幾個星期時間裡，很好的保護她們的胚胎抵禦水體中的大量病菌的侵襲，安全發育直到小蝌蚪成熟。這些例子很好的表明了抗菌肽的抗菌譜廣、殺滅微生物的作用強，在抑制細菌移位、防治感染方面效果特異,大量研究證明其具有抗細菌、黴菌、病毒、原蟲、支原體、螺旋體等多種活性。除了抗菌活性外，很多抗菌肽還有促進創傷癒合和調節免疫反應消除炎症等其它生物活性。由於過去幾十年的抗生素濫用導致的耐藥菌的普遍存在，抗菌肽或可成為對抗耐藥菌引起的感染的最大希望。

α-螺旋

組成抗菌肽的胺基酸通常會形成生物化學上所謂的α-螺旋（α-helices）結構, 在胺基酸側鏈上分布了帶正電荷的基團， 就像一根電棒會放電（圖1）。

圖1. 抗菌肽的α-螺旋結構示意圖.

抗菌肽的α-螺旋結構示意圖

細菌的細胞膜通常富含酸性磷脂類成分，這個酸性磷脂的頭部帶有負電荷，這樣就會吸引帶正電荷的抗菌肽通過靜電作用附著並結合細菌的細胞膜上（圖2），同時，組成抗菌肽的疏水胺基酸也可以讓抗菌肽插入到細菌的疏水層磷脂膜內，這樣就像把一根根電棒打入到細菌膜上，在細菌外表面的大量正電荷和細菌細胞膜的內側的負電荷出

圖2.示例

圖2：帶正電荷的抗菌肽結合到帶負電荷的細菌細胞膜上

現微電位差（電勢差），這種電位差就是生物微電位（CMP）。由於抗菌肽在細菌表面結合而形成的生物微電位，就像閃電閃擊到一個人一樣強大。大量抗菌肽的結合形成的微電位足以擊穿細菌的細胞膜，細胞膜完整性受破壞，直接導致細菌細胞質的外流致死（圖3，4）。少量抗菌肽結合到細菌表面後形成的微電位也可以改變細菌細胞膜內外的電位差，導致細胞膜上的離子通道功能失調，細胞內的離子平衡的紊亂，最後導致細菌死亡。對這種生物微電位的測定常用雙偏振干涉（dual polarisation interferometry）、核磁共振（NMR）和圓二色譜（circular dichroism and orientated circular dichroism）等先進技術。

圖4. 抗菌肽處理後的大腸桿菌電子顯微鏡掃描圖片

圖3. 抗菌肽結合導致的細菌膜穿孔示意圖

圖4.

哺乳動物細胞的細胞膜在組成上與細菌的細胞膜有很大的不同。眾所周知，在哺乳動物細胞膜中廣泛存在的膽固醇成分在細菌的細胞膜中是不存在的，這些膽固醇成分不僅可以穩定哺乳動物的細胞膜結構， 同時可以減弱抗菌肽的活性，因此，抗菌肽不會導致哺乳動物細胞的損傷。另外，由於哺乳動物細胞分泌的蛋白酶會很快分解抗菌肽， 最終會變為細胞可以吸收利用的胺基酸，這也保證了抗菌肽使用的安全性。人體的皮膚黏膜對抗菌肽的吸收結合作用很弱，就使得抗菌肽象制導飛彈一樣，可以定向攻擊感染人體皮膚的病原細菌，在快速擊殺細菌的同時不引起毒副作用和過敏。由於抗菌肽的殺菌機理完全不同於抗生素，抗菌肽對抗生素過度使用導致的耐藥菌一樣有很好的殺滅作用， 歐美國家有許多製藥公司正在開發以抗菌肽為原料的新型抗菌藥物， 以對付日益嚴重的耐藥菌引起的感染。

可見，不同於中藥（抑菌機制不明）和抗生素（或激素），通過生物微電位機理的作用，抗菌肽的最大特點是靶向殺菌性好，同時安全性強，對人體無任何損害。世界上已經有科學家利用生物微電位的作用機理，研製出如專門治療女性陰道炎（主要由白色念珠菌引起）、青春痘（主要由丙酸痤瘡桿菌引起）、口腔潰瘍（主要由金黃色葡萄球菌引起）、超級細菌感染病（濫用抗生素與激素引起）等的藥物，造福人類。