表面活性剂单体引起的细胞膜失稳
发布时间：2021-10-25 08:43
表面活性剂常用于细胞裂解、脂质体外排与膜组分搜集等.但在临界成胶束浓度以下,它如何以单体状态与生物膜作用的机制与调控仍存在很多疑问.本文研究了表面活性剂带电性对膜失稳的影响.石英电子微天平检测发现非离子型Triton X-100产生了最显著的磷脂膜结构三维再组装.荧光显微观测表明膜表面生成了非稳的出芽微泡,在机械扰动下可发生解离.该表面活性剂溶液环境中的体外细胞也出现了活力丧失.但是,离子型CTAB与SDS却无法触发相似的膜失稳与细胞失活效应.分析认为,由于不存在后两者体系中的单体间静电排斥, Triton X-100更易高效地插入生物膜,从而诱导膜结构再组装.研究深化了表面活性剂与生物膜作用机制的理解,对表面活性剂在生物医药、膜组分萃取等领域的深化应用提供了指导与帮助.
【文章来源】：原子与分子物理学报. 2020,37(04)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
SLBs与表面活性剂作用前后的荧光显微表征. (A) 完整SLB, 及其与(B) CTAB、(C) SDS、(D) Triton X-100作用15 min后的荧光显微图. 示意图中黄色、绿色、紫色、蓝色分别表示DOPC、CTAB、SDS和Triton X-100. 比例尺长度为10 μm.
随后, 通过QCM-D表征了三种表面活性剂与DOPC磷脂膜的相互作用. DOPC是生物膜中常见的双电性磷脂. 许多研究基于该磷脂, 考察了模型膜与双亲分子相互作用, 发现能双亲分子能引起DOPC膜的三维空间形态变化[11, 15]. 而QCM-D能够敏感地捕捉此动力学过程. Δf、ΔD分别反映着吸附层的质量和粘弹性变化. 实验步骤如图2A所示, 首先在二氧化硅衬底表面沉积囊泡以形成SLBs. 沉积平衡时的Δf ～ -25 Hz和ΔD < 10-6表明形成了完整的SLB结构. 之后泵入表面活性剂溶液(C = 100 μM).三种表面活性剂产生的膜响应具有显著区别. 对于Triton X-100, Δf大幅降低, 说明大量表面活性剂进入吸附层; ΔD显著增高, 说明表面活性剂引发磷脂膜明显的形态变化. 同时, 缓冲液漂洗后, Δf、ΔD可回落到初始值, 说明高耗散的结构与吸附层并非紧密相连, 可被溶液环境中的机械扰动分离开. 而对于CTAB与SDS, Δf、ΔD仅有小幅偏移, 表明仅有微量表面活性剂插入磷脂层, 造成了很低的膜耗散性提高. 在15 min的作用时间内, Triton X-100、CTAB、SDS引起的平均Δf偏移分别为-6.4、-1.2、-0.1 Hz, ΔD偏移分别为2.4、0.28、0.15 × 10-6. 因此, 非带电性Trition-100能够诱导最为显著的膜变化.
最后, 考察了表面活性剂的模型膜响应行为是否影响到了细胞的正常生理功能. 在Hela细胞的DMEM培养液中加入了10 - 180 μM表面活性剂, 基于MTT实验表征细胞的活力. 发现Triton X-100在100 μM的浓度即可对细胞活性产生影响. 当CCTAB = 180 μM, 细胞活力下降(Vc)至80.2%. 而在实验浓度范围内, SDS与CTAB并未对细胞正常生理行为产生负面效应. 因此, Triton X-100产生的生物膜三维结构的再组装可能影响了细胞膜的稳定性与功能.4 结 论
【参考文献】：
期刊论文
[1]磷脂跨膜交换机制的研究[J]. 薛永培,梁化兰,尼亚孜别克,蒋中英. 原子与分子物理学报. 2015(04)
[2]荧光显微镜研究极端pH值诱导磷脂支撑膜的侧向再组织[J]. 盛洁,张国梁,李玉强,朱涛,蒋中英. 物理学报. 2014(06)
[3]胆固醇对磷脂酰乙醇胺单分子层影响的研究[J]. 刘晓燕,李旸,孙润广. 原子与分子物理学报. 2012(01)
[4]季铵盐型双子表面活性剂在空气-水界面的单分子膜（英文）[J]. 杨红伟,朱谱新,冯玉军,孙玉海,周栋梁,吴大诚. 原子与分子物理学报. 2006(02)
本文编号：3457047
【文章来源】：原子与分子物理学报. 2020,37(04)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
SLBs与表面活性剂作用前后的荧光显微表征. (A) 完整SLB, 及其与(B) CTAB、(C) SDS、(D) Triton X-100作用15 min后的荧光显微图. 示意图中黄色、绿色、紫色、蓝色分别表示DOPC、CTAB、SDS和Triton X-100. 比例尺长度为10 μm.
随后, 通过QCM-D表征了三种表面活性剂与DOPC磷脂膜的相互作用. DOPC是生物膜中常见的双电性磷脂. 许多研究基于该磷脂, 考察了模型膜与双亲分子相互作用, 发现能双亲分子能引起DOPC膜的三维空间形态变化[11, 15]. 而QCM-D能够敏感地捕捉此动力学过程. Δf、ΔD分别反映着吸附层的质量和粘弹性变化. 实验步骤如图2A所示, 首先在二氧化硅衬底表面沉积囊泡以形成SLBs. 沉积平衡时的Δf ～ -25 Hz和ΔD < 10-6表明形成了完整的SLB结构. 之后泵入表面活性剂溶液(C = 100 μM).三种表面活性剂产生的膜响应具有显著区别. 对于Triton X-100, Δf大幅降低, 说明大量表面活性剂进入吸附层; ΔD显著增高, 说明表面活性剂引发磷脂膜明显的形态变化. 同时, 缓冲液漂洗后, Δf、ΔD可回落到初始值, 说明高耗散的结构与吸附层并非紧密相连, 可被溶液环境中的机械扰动分离开. 而对于CTAB与SDS, Δf、ΔD仅有小幅偏移, 表明仅有微量表面活性剂插入磷脂层, 造成了很低的膜耗散性提高. 在15 min的作用时间内, Triton X-100、CTAB、SDS引起的平均Δf偏移分别为-6.4、-1.2、-0.1 Hz, ΔD偏移分别为2.4、0.28、0.15 × 10-6. 因此, 非带电性Trition-100能够诱导最为显著的膜变化.
最后, 考察了表面活性剂的模型膜响应行为是否影响到了细胞的正常生理功能. 在Hela细胞的DMEM培养液中加入了10 - 180 μM表面活性剂, 基于MTT实验表征细胞的活力. 发现Triton X-100在100 μM的浓度即可对细胞活性产生影响. 当CCTAB = 180 μM, 细胞活力下降(Vc)至80.2%. 而在实验浓度范围内, SDS与CTAB并未对细胞正常生理行为产生负面效应. 因此, Triton X-100产生的生物膜三维结构的再组装可能影响了细胞膜的稳定性与功能.4 结 论
【参考文献】：
期刊论文
[1]磷脂跨膜交换机制的研究[J]. 薛永培,梁化兰,尼亚孜别克,蒋中英. 原子与分子物理学报. 2015(04)
[2]荧光显微镜研究极端pH值诱导磷脂支撑膜的侧向再组织[J]. 盛洁,张国梁,李玉强,朱涛,蒋中英. 物理学报. 2014(06)
[3]胆固醇对磷脂酰乙醇胺单分子层影响的研究[J]. 刘晓燕,李旸,孙润广. 原子与分子物理学报. 2012(01)
[4]季铵盐型双子表面活性剂在空气-水界面的单分子膜（英文）[J]. 杨红伟,朱谱新,冯玉军,孙玉海,周栋梁,吴大诚. 原子与分子物理学报. 2006(02)
本文编号：3457047
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