由bola型磷脂分子構成的古生菌細胞膜的結構特異性研究

《由bola型磷脂分子構成的古生菌細胞膜的結構特異性研究》是依託北京工商大學，由李雙陽擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：由bola型磷脂分子構成的古生菌細胞膜的結構特異性研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：李雙陽
• 依託單位：北京工商大學

項目摘要

古生菌是真細菌和真核生物之外的第三種生命形式，它能夠在高溫強酸等極端惡劣的環境中生存，這與其特有的組織結構和生物功能相關。其中由bola型磷脂分子構成的細胞膜發揮了至關重要的作用。因此，對古生菌細胞膜的結構性質和特點的研究具有非常重要的意義。本項目採用耗散粒子動力學和分子動力學方法，系統研究古生菌細胞膜的結構性質和相關的影響因素。首先，開展粗粒化和全原子模型的動力學模擬，研究細胞膜結構性質與bola型磷脂分子的結構、種類和性質的關係，並與普通細胞膜性質相比較，找出其異同點。其次，通過與普通細胞膜中蛋白質與細胞膜的相互作用關係相對比，研究古生菌細胞膜上蛋白質對膜結構性質的影響和相互作用機理，以及膜蛋白質在細胞膜中的分布規律和聚集過程。最後，在古生菌細胞膜中加入普通磷脂分子進行改性，研究改性後細胞膜的結構性質和相變，以及其中的影響因素，為古生菌細胞膜在生物醫藥領域的套用提供的理論支持。

結題摘要

由bola型磷脂分子構成的古生菌細胞膜與普通真核細胞膜不同，其獨特的單層膜結構使它具有更優良的結構穩定性和熱穩定性，同時也使得許多生物活動（如蛋白質聚集）機理髮生轉變。本項目採用耗散粒子動力學方法，系統研究了古生菌細胞膜的結構穩定性與bola型磷脂分子的結構、種類和性質的關係，研究採用兩種類型的bola型磷脂分子，2t型和3t型。2t型磷脂分子剛性更強，3t型剛性較弱，當疏水長度較長時，3t型更容易形成穩定的單層膜結構。在低密度下細胞膜容易發生破裂，高密度時膜會發生彎曲起伏。2t型和3t型bola磷脂分子混合後形成的細胞膜中兩種磷脂分子會發生相分離。當磷脂分子總數一定，但比例不同時，根據長度和類型的不同，相分離的程度也不同。兩種磷脂分子差別越大，相分離越明顯。膜蛋白質是細胞膜的重要組成部分，它能夠使周圍的細胞膜結構發生微小相變，促進蛋白質發生聚集現象。蛋白質的聚集過程可分為三個階段：在初期蛋白質相互靠近，自由碰撞彼此聚集在一起，形成小聚集體，中期小聚集體繼續聚集形成大聚集體，最後形成穩定的平衡體系，聚集體數量保持不變。蛋白質的聚集主要是通過改變細胞膜的厚度和bola型磷脂分子的彎曲程度來提供推動力。為了減小細胞膜形變所增加的自由能和有序性，蛋白質發生聚集。這與普通細胞膜中蛋白質聚集的疏水不匹配機理相類似，蛋白質的疏水長度與細胞膜疏水厚度越不匹配，聚集速度越快，聚集能力越強。但是古生菌細胞膜的單層膜結構使得膜厚只能在有限的範圍改變，當蛋白質太大和太小時，聚集速度不會隨蛋白質疏水長度減小或增加而增長，呈現出相反的趨勢。項目還研究了油水界面上bola型磷脂分子的分布和性質，發現bola型磷脂分子在高濃度下兩端的親水基團會一端在水側，一端在油側，隨著濃度升高，這種分子的比例逐漸增加。當兩種bola型磷脂分子混合時，同樣會發生相分離，分離程度與類型和疏水鏈長度相關。