細胞內相分離誘導膜形態轉變的機理研究

《細胞內相分離誘導膜形態轉變的機理研究》是依託湖南大學，由郭坤琨擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：細胞內相分離誘導膜形態轉變的機理研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：郭坤琨
• 依託單位：湖南大學

中文摘要

細胞是一個具有不同層次高度組織結構的系統，是生命活動的基本單位。實驗發現細胞膜和胞質溶液都存在明顯不均一性，深入研究胞質和細胞中各種有機體對理解細胞組織結構有十分重要的生命意義。生物物理學家為了研究這些組織結構以及相互作用機理，一直在尋找合適的仿生模型。最近構建的囊泡內兩組分水溶液的模型化體系是較為理想的實驗模型，該模型將生物膜和胞質溶液的基本問題轉化為生物膜形狀和生物大分子相分離的問題。為了理論詮釋實驗結果，我們將關於囊泡形態的標準理論Helfrich的膜彈性理論和關於高分子相形態的標準理論自洽場理論關聯起來，建立關於囊泡/高分子體系的統一理論。針對這類仿生實驗體系，根據已建立的相應理論模型，探索受限於囊泡內部組分水溶液的相形態問題；研究囊泡的形態轉變問題，並提供相應的相圖以豐富我們對該體系問題的認識；進一步研究囊泡和高分子相形態之間的協同作用。

結題摘要

細胞是一切生命活動的基本單位。活體細胞記憶體在不同層次的細胞器和生物大分子。其中，蛋白質、核酸、多糖等生物大分子的重量百分數高達整個細胞的20-30%以上。在細胞的這種體積和濃度限制環境內，它們會發生局部相分離形成不同尺度的微區，而不同的微區在生命活動中會執行相應的生物功能。長期以來被譽為細胞的最完美的仿生模型——脂質體囊泡，已經廣泛套用於研究磷脂膜的各種性質。為了描述細胞內介質的擁擠程度，生物物理學家構建了細胞內囊括兩組分水溶液的軟物質體系。通過改變囊泡外環境的滲透壓和溫度，兩組分水溶液會發生相分離。在相分離過程中，實驗觀察到一些非常有意思的現象，如浸潤轉變、囊泡出芽和分裂、膜管的形成等。因此，本項目基於囊泡內囊括兩組分水溶液的軟物質體系，從耦合自洽場和曲面彈性理論的計算模型的建立、考慮兩組分高分子水溶液相分離、囊泡內膜和高分子相互作用和膜的半滲透性質，以及兩組分相分離形態和囊泡形狀之間的關係，到兩組分和膜形成的三相界面接觸角的理論研究。本項目針對具有不同約化體積的囊泡、不同組成比例的兩組分高分子共混體系、不同囊泡內膜和高分子相互作用參數的軟物質體系，囊泡形態相圖、接觸角等方面展開了較深入的研究。該研究具有基礎性和前瞻性，對生命科學和軟物質物理學具有極其重要的理論指導意義。