DNA、DNA-Ag与脂质分子相互作用机理的研究

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生物膜将细胞内的物质与细胞所处的外界环境分隔开,以保障细胞中各项生命活动有条不紊的进行。生物膜结构复杂,其主要组成成分为蛋白质、糖类以及磷脂分子。这些成分通过非共价键结合的方式形成具有一定流动特性的生物膜。生物膜的特殊结构决定了其具有多种多样的功能,而生物膜所行使的生命活动又与其特殊结构息息相关。它将细胞的内含物与环境分开,使胞内物质处于一个相对独立的微环境中。生物膜与生命科学中许多基本问题以及一些交叉学科中的前沿热点问题都密切相关,此外,生物膜介导的能量传递、信号传递以及它自身所具有的选择通透性等也为仿生膜的开发和应用提供了理论基础和模型。因此,研究生物膜或仿生生物膜与生物大分子的相互作用,不但可以揭示生命活动中的一些重要环节的奥秘,而且医学领域里的一些实际问题具有重要的指导意义。脱氧核糖核酸(DNA)是生物体生长发育过程中不可替代的一种生物大分子,它携带有生物体的所有遗传信息。近年来,DNA常被用于基因治疗,以解决临床上难以解决的病症。目前,缺乏安全高效的DNA转运系统是限制其发展的关键技术瓶颈。因此,现阶段对用于基因治疗的脱氧核糖核酸的研究常常集中在其与脂质分子的相互作用上,以期探究出DNA与不同脂质分子的相互作用机理。本文利用Langmuir-Blodgett(LB)技术和原子力显微镜(AFM)技术,对DNA与二棕榈酰磷脂酰胆碱(DPPC)、棕榈酰油酰磷脂酰胆碱(POPC);DNA-Ag纳米复合物与二肉豆蔻酰磷脂酰胆碱(DMPC)、二肉豆蔻酰基磷脂酰丝氨酸(DMPS)混合脂质单层膜的相互作用进行了深入研究。1.DNA与DPPC、POPC混合脂单层膜相互作用的研究。通过分析DNA与DPPC、POPC混合单层膜相互作用的π-A等温线、π/π0-T吸附曲线、单层膜弹性模量以及热力学分析等方面,研究了不同浓度DNA在DPPC、POPC混合单层膜上的吸附行为。为了更直接的观察两者的相互作用方式,本章利用原子力显微镜观测了不同浓度DNA吸附到脂膜后的表面形貌。以此从不同角度、不同侧重点入手,全面分析DNA在混合单层膜上的吸附行为。实验结果表明:DNA可通过范德华力和氢键相互作用吸附到DPPC、POPC单层膜以及两者的混合脂膜上。由于DNA分子间产生的空间位阻效应,使得DNA的存在扩大了脂质分子间的距离。DNA浓度较低时(CDNA<1.2 μg/ml),吸附到脂膜上的DNA分子数有限,其空间位阻效应产生的排斥作用较小;当DNA浓度大于1.2 μg/ml后,吸附到脂膜上的DNA较多,位阻效应逐渐增强,导致DNA分子间互相排斥而受到挤压。2.DNA-Ag纳米复合物与DMPC、DMPS脂单层膜的相互作用研究。本文利用静电自组装的原理制备了对Langmuir膜具有良好吸附性能的DNA-Ag纳米复合物,并对其进行了表征。在此基础上,系统的研究了 DNA-Ag纳米复合物在DMPC/DMPS(1:1,mol/mol)混合脂膜上的吸附行为,并阐述了其与两种脂质分子相互作用的机理。结果表明,DNA-Ag纳米复合物通过范德华力在混合脂质分子的极性头上结合吸附。该纳米复合体与DMPS的相互作用存在一定的限度,即高浓度的底物并不会使两者的反应效率增强。DNA-Ag纳米复合物与混合脂膜的结合更多是由于与DMPC分子的结合。此外,由于DNA-Ag纳米复合物分子间的空间位阻效应,AgNPs-DNA增大了 DMPC、DMPS脂分子间的距离。本工作不仅详细叙述了 DNA-Ag纳米复合物的制备与表征过程,而且提出了 DNA-Ag纳米复合物与DMPC/DMPS混合脂膜的相互作用机理。本论文分别探究了 DNA与DPPC、POPC混合脂单层膜的相互作用以及DNA-Ag纳米复合材料在DMPC、DMPS混合脂单层膜上的吸附行为。本研究对DNA、DNA-Ag与脂质分子相互作用的研究,不仅为生物大分子在脂膜上吸附行为的研究奠定了理论基础,而且对生物大分子转运系统的临床应用提供了重要依据。
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